オオムギ地上部に存在する新規鉄欠乏耐性機構の解明

阐明大麦地上部分存在的新型缺铁耐受机制

• 批准号: 08J07577
• 负责人: 斎藤 彰宏
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Waseda University (2009)Tokyo University of Agriculture (2008)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J07577/
• 关键词: 光合成; 鉄欠乏; オオムギ; 集光性アンテナ蛋白質; 光ストレス; ステート遷移; フェリチン

植物において鉄は光合成や呼吸などの機能に必須な役割を担っており、鉄の獲得が困難となる環境下では著しい生育阻害が見られる。さらに、長期的な鉄欠乏下では鉄を多量に必要とする光合成電子伝達系の蛋白質複合体で量的な平衡関係が崩れるため、日中の光条件の下で光酸化ストレスが発生し葉はネクロシス(細胞死)を生じる。これに対し、オオムギは深刻な鉄欠乏クロロシス(黄白化)症を呈した葉でも、長期にわたり光合成を維持しながら生育を持続することができる。本研究ではこうしたオオムギ葉の鉄欠乏耐性に着目し、幅広い観点から鉄欠乏への適応機構を調べることにした。本研究の中で、光合成アンテナ蛋白質をコードする遺伝子Lhcb1の発現量が鉄欠乏で大きく上昇することを見出した。植物体内でのLhcb1は光捕集の役割を担っているが、光エネルギーの供給量が過剰な条件(強光下)では、過剰光を熱エネルギーに変化して放散する機能も持ち合わせている。そこでLhcb1蛋白質を蓄積できない変異株chlorinaを用いて解析したところ、鉄欠乏性の光ストレスに対して熱放散機構が誘導されず、長期の鉄欠乏下で生育させると新葉の枯死が見られた。次にLhcb1の構造的な特徴に着目したところ、鉄欠乏誘導性Lhcb1は三量体化に必要なN末端の配列部位が疎水性に富んでおり、三量体形成が起こりにくいことが示唆された。実際に単離したLhcb1は鉄欠乏では多くが単量体となっていることが確かめられた。さらに葉緑体内のチラコイド膜上におけるLhcb1蛋白質の局在性がグラナからストロマラメラへと大きく変化しており、光エネルギーが光化学系IIに伝達されにくい状態へ遷移していることが予測できた。これらの結果より、鉄欠乏下では鉄獲得機能のみならず、光合成のエネルギー利用を最適化する機構がオオムギの鉄欠乏耐性機構の一端を担っていることが明らかになった。

在植物中，铁在光合作用和呼吸等功能中起着至关重要的作用，在难以获取铁的环境中，生长受到严重抑制。此外，在长期缺铁的情况下，光合电子传递链的蛋白质复合物中的数量平衡关系被破坏，需要大量的铁，在白天光照条件下发生光氧化应激，导致叶片坏死（细胞死亡）。 ）。相比之下，大麦能够在长时间内继续生长，同时维持光合作用，即使叶子患有严重缺铁失绿。本研究以大麦叶片的缺铁耐受性为重点，从宏观角度探讨其对缺铁的适应机制。在这项研究中，我们发现编码光合天线蛋白的基因 Lhcb1 的表达水平随着缺铁而显着增加。 Lhcb1在植物体内起着收集光能的作用，但在光能供给量过多的情况下（强光下），它还具有将多余的光能转化为热能并散发出去的功能。当我们分析不能积累Lhcb1蛋白的突变株Chlorina时，我们发现其在缺铁光胁迫下没有诱导散热机制，并且在长期缺铁下生长时新叶枯萎。接下来，我们关注Lhcb1的结构特征，发现缺铁诱导的Lhcb1的N端序列位点是三聚化所必需的，该位点具有高度疏水性，表明Ta不太可能发生三聚化。已证实，在缺铁时，大部分分离的Lhcb1变成单体。此外，Lhcb1蛋白在叶绿体内类囊体膜上的定位从基粒到基质黑素发生了显着变化，表明光能不太可能传输到光系统II的状态的转变。这些结果表明，缺铁条件下，大麦的耐缺铁机制不仅包括铁获取功能，还包括优化光合作用能量利用的机制。

项目成果

鉄欠乏環境下のオオムギにおける船成装置のリモデリングに関わる分子機構

缺铁环境下大麦造船装置重塑的分子机制

• 发表时间: 2009
• 作者: 三上雄一郎;斎藤彰宏;齋藤彰宏;齋藤彰宏
• 通讯作者: 齋藤彰宏

鉄欠乏オオムギにおける窒素・硫黄同化に関わる分子の発現変動

缺铁大麦中参与氮和硫同化的分子表达的变化

• 发表时间: 2009
• 作者: 三上雄一郎;斎藤彰宏;齋藤彰宏
• 通讯作者: 齋藤彰宏

オオムギ品種エヒメハダカにおける鉄欠乏誘導性熱放散とその他のストレスにより誘導される熱放散の比較

大麦品种爱媛肌高缺铁引起的散热与其他胁迫引起的散热比较。

• 发表时间: 2010
• 作者: 松本幸久;高橋俊文;佐藤千尋;水波誠;石川学;石川学;石川学;石川学;Tetsuya Tsurumi;Shunsuke Managi;倉増啓;Tetsuya Tsurumi;Shinji Kaneko;鶴見哲也;鶴見哲也;鶴見哲也;鶴見哲也;日引聡;Shunsuke Managi;Tetsuya Tsurumi;鶴見哲也;鶴見哲也;辻明日香;辻明日香;齋藤彰宏;樋口恭子
• 通讯作者: 樋口恭子

鉄欠乏条件下におけるオオムギ葉の鉄局在とフェリチン蓄積パターンの解析

缺铁条件下大麦叶片铁定位和铁蛋白积累模式分析

• 发表时间: 2009
• 作者: 三上雄一郎;斎藤彰宏
• 通讯作者: 斎藤彰宏

鉄欠乏オオムギ葉のチラコイド膜における光化学系II集光性クロロフィル結合タンパク質の挙動解析

缺铁大麦叶片类囊体膜中光系统 II 捕光叶绿素结合蛋白的行为分析

• 发表时间: 2010
• 作者: 松本幸久;高橋俊文;佐藤千尋;水波誠;石川学;石川学;石川学;石川学;Tetsuya Tsurumi;Shunsuke Managi;倉増啓;Tetsuya Tsurumi;Shinji Kaneko;鶴見哲也;鶴見哲也;鶴見哲也;鶴見哲也;日引聡;Shunsuke Managi;Tetsuya Tsurumi;鶴見哲也;鶴見哲也;辻明日香;辻明日香;齋藤彰宏
• 通讯作者: 齋藤彰宏