C4光合成獲得プロセスにおける循環的電子伝達活性の上昇機構の解明

阐明C4光合作用获取过程中循环电子转移活性增加的机制

• 批准号: 22770039
• 负责人: 宗景 ゆり
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22770039/
• 关键词: 光合成; C4種; 循環的電子伝達

光化学系1循環的電子伝達は、C_3型よりもC_4型植物において活性が高くなっていることから、C_4代謝に必要なATP供給を行っていることが示唆されている。Flaveria属植物には、C_3型、C_4型に加えC_3-C_4中間型の光合成を行う中間種や、よりC_4型に近い光合成を行うC_4様種が存在する。C_3型からC_4型への進化の過程でC_4代謝経路の発達に伴って光化学系1循環的電子伝達系がどのように変化したのか明らかにするために、C_3種、C_3-C_4中間種、C_4様種、C_4種を含めた8種のFlaveria属植物を用いて、光化学系1循環的電子伝達活性とそれに関わるタンパク質発現量、チラコイド膜構造の解析を行った。クロロフィル蛍光の一過的上昇値から見積もられる、葉緑体NADP dehydrogenase(NDH)活性は、中間種と比較してC_4種とC_4-like種で著しく高くなっていた。また、NDH複合体サブユニットのNDH-H発現量も同様な差異を示した。一方、P700の酸化速度から見積もられる光化学系1循環的電子伝達活性はC_4-like種と比較してC_4種で著しく高かった。Ferredoxin-plastoquinone reductase(FQR)活性に関与するPGR5発現量の増加、また維管束鞘細胞の葉緑体におけるグラナ構造の減少もC_4-like種からC_4種間で大きな違いが見られた。C_4代謝酵素の発現量は中間種で既に増加していることから、光化学系1循環的電子伝達系はC_4代謝酵素の発現量の上昇と共に強化されたのではなく、進化プロセスの中間型からC_4型へ移行する際に発達したと推察される。

光系统1循环电子传递在C_4型植物中比在C_3型植物中更活跃，表明它提供C_4代谢所需的ATP。除了C_3和C_4类型之外，黄菊属植物还包括进行C_3-C_4中间光合作用的中间物种和进行更接近C_4类型的光合作用的C_4类物种。为了阐明从C_3型到C_4型的进化过程中光系统1循环电子传递链是如何随着C_4代谢途径的发展而变化的，我们分析了C_3型、C_3-C_4中间型和C_4型。我们分析了黄花属植物（包括C_4种和C_4种）的光系统1循环电子转移活性、相关蛋白表达水平和类囊体膜结构。根据叶绿素荧光的瞬时增加估计，C_4 和 C_4 类物种的叶绿体 NADP 脱氢酶 (NDH) 活性显着高于中间物种。此外，NDH复合体亚基中NDH-H的表达水平也表现出类似的差异。另一方面，根据 P700 的氧化速率估算的光系统 1 循环电子转移活性，C_4 物种显着高于 C_4 类物种。在 C_4 样和 C_4 物种之间观察到 PGR5 表达增加（参与铁氧还蛋白质体醌还原酶（FQR）活性）以及血管鞘细胞叶绿体中基粒结构减少的显着差异。由于C_4代谢酶的表达水平在中间物种中已经增加，光系统1循环电子传递链并不是随着C_4代谢酶表达水平的增加而加强的，而是来自进化过程中C_4的中间类型。据推测，它是在向型的过渡期间发展起来的。