植物環境応答におけるNAD(P)(H)代謝ネットワーク制御の分子基盤

植物环境反应中NAD(P)(H)代谢网络调节的分子基础

• 批准号: 22H02298
• 负责人: 川合 真紀
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02298/
• 关键词: NAD(P)(H); シロイヌナズナ; NAD キナーゼ; NADPホスファターゼ; NADキナーゼ

ピリジンヌクレオチドNAD(P)(H)は、全ての生物が細胞内酸化還元反応に用いる電子伝達物質である。呼吸や光合成、脂質代謝などで使用されるのみならず、NADPHは環境ストレスによって細胞内に生じる活性酸素種の消去系においても中心的な役割を担う。このため、NAD(P)(H)の量やバランスの変化は植物の生長のみならず、環境応答や収量に大きく影響を及ぼす。しかしながらこれらがどのように量的に制御されているのかは解明されていない。加えて、光合成という固有の代謝系が存在する植物において、オルガネラ間のNAD(P)(H)の輸送、量的センシングとシグナル伝達機構は不明な点が多い。本研究では、植物におけるNAD(P)(H)の細胞内バランス制御の分子機構を解明することを目的としている。本年度は特に、葉緑体局在性NADリン酸化酵素の活性制御機構の解明に取り組んだ。モデル植物であるシロイヌナズナは細胞内局在が異なる3種類のNADリン酸化酵素（NADK）を有する。このうち、葉緑体局在性のNADK2は、光合成電子伝達鎖における還元力の受容体としてNADPを供給する役割を担っていることから、植物が正常に生育するために必須の因子である。NADK2を欠損したシロイヌナズナ変異体(nadk2)は、恒光条件では葉の色が黄緑になり生育遅延を示すが生育が可能であるのに対し、短日条件ではさらに著しい生育阻害を示すことがわかった。またこの時、大量の活性酸素種が生じており、nadk2変異体の生育遅延の一因となっている可能性を示した。また、葉緑体局在性のNADK2は他の細胞内局在を示すNADKには存在しない長いN末領域を有している。この領域に相当する配列を持たないシアノバクテリアのNADKをnadk2変異体に導入したところ、恒光条件と短日条件で相補の程度に違いがみられたことから、NADK2に存在するN領域がNADK2の完全な機能のために必要であると考えられた。

吡啶核苷酸 NAD(P)(H) 是所有活生物体用于细胞内氧化还原反应的电子载体。除了用于呼吸、光合作用和脂质代谢之外，NADPH 还在细胞内因环境压力而产生的活性氧的清除系统中发挥着核心作用。因此，NAD(P)(H)的数量和平衡的变化不仅显着影响植物生长，而且显着影响环境响应和产量。然而，尚未阐明如何定量控制这些。此外，植物具有独特的光合作用代谢系统，NAD(P)(H)在细胞器之间的运输、定量传感和信号转导机制的许多方面仍不清楚。本研究的目的是阐明控制植物细胞内NAD(P)(H)平衡的分子机制。今年，我们特别关注阐明控制叶绿体定位 NAD 激酶活性的机制。模式植物拟南芥具有三种不同亚细胞位置的 NAD 激酶 (NADK)。其中，定位于叶绿体的NADK2作为光合电子传递链中的还原力受体发挥着供应NADP的作用，因此是植物正常生长的重要因素。我们发现，缺乏NADK2（nadk2）的拟南芥突变体可以在恒定光照条件下生长，虽然其叶子变成黄绿色并且生长延迟，但在短日照条件下表现出更明显的生长抑制。此外，此时产生大量活性氧，表明这可能是nadk2突变体生长迟缓的一个促成因素。此外，叶绿体定位的 NADK2 具有其他亚细胞定位的 NADK 中不存在的长 N 末端区域。当将不具有与该区域相对应的序列的蓝藻 NADK 引入 nadk2 突变体时，在恒定光照条件和短日照条件下观察到互补程度的差异，这被认为是完整功能所必需的。

项目成果

Loss of peroxisomal NAD kinase 3 (NADK3) affects photorespiration metabolism in Arabidopsis

过氧化物酶体 NAD 激酶 3 (NADK3) 的缺失影响拟南芥的光呼吸代谢

• DOI: 10.1016/j.jplph.2023.153950
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Plant Physiology
• 影响因子: 4.3
• 作者: Shota Suzuki;Daimu Tanaka;Atsuko Miyagi;Kentaro Takahara;Masaru Kono;Chaomurilege;Ko Noguchi;Toshiki Ishikawa;Minoru Nagano;Masatoshi Yamaguchi;Maki Kawai-Yamada
• 通讯作者: Maki Kawai-Yamada

シロイヌナズナ葉緑体局在性NADキナーゼ(NADK2)のN領域の解析

拟南芥叶绿体定位 NAD 激酶 (NADK2) N 区的分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 朝木日楽格;爼艶慧;橋田慎之介;宮城敦子;石川寿樹;山口雅利;川合真紀
• 通讯作者: 川合真紀

植物の環境応答における NAD(P)(H)バランス制御

植物环境响应中的NAD(P)(H)平衡控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakano Shogo;Megro Shin-ichi;Hase Tadashi;Suzuki Takuji;Isemura Mamoru;Nakamura Yoriyuki;Ito Sohei;川合 真紀，白 朝木日楽格，宮城 敦子
• 通讯作者: 川合 真紀，白 朝木日楽格，宮城 敦子

油脂産生微細藻類NannochloropsisのNAD(P)(H)合成経路の解析

产油微藻微绿球藻NAD(P)(H)合成途径分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 林英里香;鈴木耕陽;宮城敦子;石川寿樹;山口雅利;川合真紀
• 通讯作者: 川合真紀

The regulatory mechanism of NADP+ level in the chloroplast

叶绿体NADP水平的调控机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Maki Kawai-Yamada;Kazuki Akashi;Chaomurilege;Atsuko Miyagi;Toshiki Ishikawa;Masatoshi Yamaguchi
• 通讯作者: Masatoshi Yamaguchi