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）是所有生物体在细胞内氧化还原反应中使用的电子传输材料。它不仅用于呼吸，光合作用，脂质代谢等，而且NADPH在消除由于环境压力而导致细胞内发生的活性氧中的核心作用。因此，NAD（p）（h）的数量和平衡的变化对植物生长以及环境反应和产量有重大影响。但是，尚不清楚这些如何被定量控制。此外，在存在光合作用的内在代谢系统的植物中，有许多关于NAD（P）（H）运输，细胞器之间的NAD（P）（h）传输，定量感应和信号传导机制的未知数。这项研究旨在阐明植物中NAD（P）（H）细胞内平衡调节的分子机制。今年，我们特别致力于阐明叶绿体定位的NAD NAD磷酸烯酶活性调节的机制。拟南芥是一种模型植物，具有具有不同亚细胞定位的三种类型的NAD磷酸烯酶（NADK）。其中，叶绿体定位的NADK2在提供NADP作为减少光合电子传输链中功率的受体中起作用，并且是植物正常生长的重要因素。发现缺乏NADK2叶的拟南芥突变体（NADK2）在恒定的光条件下变成黄绿色，显示出生长迟缓，但可能会生长，而短期条件则显示出更为明显的生长特技。目前，产生了大量的活性氧，表明它可能有助于NADK2突变体的生长迟缓。此外，叶绿体局部的NADK2具有长的N末端区域，在NADK中不存在其他亚细胞定位的区域。当将没有与该区域的序列相对应的蓝细菌NADK引入NADK2突变体中时，观察到恒定光和短期条件之间的互补程度差异，并且人们认为NADK2中存在的N区域对于NADK2的完整功能是必需的。

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