葉におけるシアン耐性呼吸経路の役割の解明-光阻害回避系としてAOXは有効なのか-

阐明叶子中氰化物耐受呼吸途径的作用 - AOX 作为光抑制避免系统是否有效？

基本信息

批准号：
17051019
负责人：
野口航
金额：
$ 3.07万
依托单位：
The University of Tokyo (2006)Osaka University (2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17051019/
关键词：
呼吸 Alternative oxidase 葉強光ストレス葉緑体呼吸鎖 alternative oxidase

项目摘要

高等植物の呼吸鎖にあるATP生産とは共役しないAOXは、葉において強光などのストレスのとき細胞内に過剰に蓄積した還元力の消去系として働き、最適な光合成環境を維持するために必要であると考えられている。しかし、呼吸の最大活性を考えるとAOXの消費系としての容量は小さく、AOXは光阻害回避系として別の仕組みで働くと考えられる。その解明を目的として、本研究では、光阻害の程度とAOX活性との関係、強光ストレス時のAOX活性化の仕組み、AOX阻害下での光合成系の状態について解析する。本年度は以下の解析を行った。AOXが実際に光阻害回避系として働くのなら、葉緑体光阻害回避系の突然変異体ではAOX量の増加や恒常的な活性化が起きている可能性が高い。シロイヌナズナの光化学系II反応中心D1タンパク質の修復過程に必須であるFtsHの突然変異体(var2-1,var2-13)を用いて、強光ストレス下での葉の特性について調べた。弱光から強光下に移すと特にvar2-1においてFv/Fmが減少した。呼吸速度やシトクロムc酸化酵素、TCA回路のクエン酸合成酵素、リンゴ酸酵素の最大活性はどの株でも変化しなかったが、AOX最大活性やAOXタンパク量は強光ストレス下で増加した。特にvar2-1では弱光下でもAOX量が多く、強光ストレス下の増加量も多かった。強光ストレス下のvar2-1ではAOX1α,NDB2,UCP5といった脱共役経路の遺伝子が選択的に発現誘導されていた。var2-1の葉では活性酸素が蓄積し、脂質過酸化が起きていたことを考えると、葉緑体からの活性酸素シグナルが、AOX1αなどの発現誘導を引き起こしたと思われる。シロイヌナズナ野生株の葉に10℃の低温処理をした後、3時間後にAOX1α,UCP5が発現誘導されていた。AOX1α,とUCP5は協調的に発現して働く可能性が高い。

AOX 不与高等植物呼吸链中的 ATP 产生结合，在叶片强光等胁迫下充当细胞中积累的过量还原力的清除系统，对于维持最佳的光合作用环境是必需的。相信然而，考虑到呼吸的最大活性，AOX作为消耗系统的容量很小，并且AOX被认为作为光抑制避免系统以不同的机制工作。为了阐明这一点，在本研究中，我们将分析光抑制程度与AOX活性之间的关系、强光胁迫下AOX激活的机制以及AOX抑制下光合系统的状态。今年，我们进行了以下分析。如果 AOX 实际上作为光抑制避免系统发挥作用，那么叶绿体光抑制避免系统的突变体中 AOX 水平很可能会增加并且组成型激活发生。我们使用 FtsH 突变体（var2-1、var2-13）研究了强光胁迫下的叶片特性，这对于拟南芥光系统 II 反应中心 D1 蛋白的修复过程至关重要。当从弱光到强光时，Fv/Fm 下降，尤其是在 var2-1 中。虽然任何菌株的呼吸速率和细胞色素c氧化酶、TCA循环柠檬酸合酶和苹果酸酶的最大活性没有变化，但在强光胁迫下最大AOX活性和AOX蛋白量增加。特别是，在var2-1中，即使在弱光下AOX的量也很大，并且在强光胁迫下增加的量也很大。在强光胁迫下的var2-1中，AOX1α、NDB2和UCP5等解偶联途径基因的表达被选择性诱导。考虑到var2-1叶片中活性氧的积累和脂质过氧化的发生，叶绿体发出的活性氧信号似乎诱导了AOX1α和其他基因的表达。 10℃低温处理拟南芥野生株叶片3小时后，诱导AOX1α和UCP5表达。 AOX1α 和 UCP5 很可能被表达并协同工作。