C4光合成のATPコストを補償する副次的電子伝達経路の制御機構の解明

阐明补偿 C4 光合作用 ATP 成本的二次电子传递途径的控制机制

• 批准号: 22KJ2027
• 负责人: 石川 規子
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2027/
• 关键词: 光合成; C4植物; 光合成電子伝達系副次経路; NADHデヒドロゲナーゼ様複合体; ATP

2022年度は、C4植物フラベリアのNDH抑制株を材料に、弱光条件で栽培した際の表現型の確認及び観察される表現型とATP生成能との相関性の検証、NDH抑制株におけるATP生成能の低下を検証するための形質転換植物の作成を実施した。研究開始後まず、先行研究で報告された、フラベリアのNDH抑制株を弱光条件で栽培した場合の表現型、すなわち光合成能力の低下や生育遅延について再現性を確認した。その結果、葉のタンパク質量やクロロフィル含量の低下、生育の遅延を確認することができた。そこで、NDH抑制株においてATP生成能の低下が見られるか、葉抽出液中のATPの蓄積量を測定した。しかしながら、野生株とNDH抑制株の間で差を認めることは出来なかった。最新のシロイヌナズナを用いた先行研究において、光照射下で光合成電子伝達に由来する葉緑体のATP濃度は、ミトコンドリアの電子伝達に由来する細胞質のATP濃度の４分の１以下であることが報告されている。従って、葉全体からの抽出物を用いた測定では、NDHを介した光合成循環的電子伝達に由来する葉緑体内のATP濃度差を検出するのは困難と考えられた。そこで、生きた細胞内で葉緑体局所的なATP濃度を検出する方法へと計画を変更した。具体的には、細胞内のATPと結合することでFRETシグナルを生じることによりATP濃度を検出することのできるATPセンサータンパク質を、フラベリアの野生株及びNDH抑制株の葉緑体で過剰発現させ、光照射後のFRETシグナルを共焦点顕微鏡で観察を行う。2022年度中はATPセンサータンパク質の遺伝子発現ベクターを完成させ、アグロバクテリウム法によるフラベリアへの導入をおこなった。

2022财年，我们将以C4植物黄菊的NDH抑制菌株为材料，确认在弱光条件下生长时的表型，验证观察到的表型与ATP生产能力之间的相关性，并研究NDH抑制菌株中的ATP生产培育转基因植物以验证能力的降低。研究开始后，我们首先证实了先前研究中报道的黄菊NDH抑制菌株在弱光条件下生长时的表型的重现性，即光合能力降低和生长迟缓。结果，我们能够确认叶子中蛋白质和叶绿素含量的减少以及生长的延迟。因此，我们测量了叶提取物中积累的 ATP 量，以观察 NDH 抑制菌株中 ATP 生产能力是否下降。然而，在野生型菌株和NDH抑制菌株之间没有观察到差异。在利用拟南芥的最新研究中，报道称在光照射下，叶绿体中来自光合电子传递的ATP浓度小于来自线粒体电子传递的细胞质ATP浓度的四分之一。因此，通过使用全叶提取物进行测量来检测叶绿体内 ATP 浓度的差异被认为是困难的，该差异是由 NDH 介导的光合循环电子转移引起的。因此，我们改变了计划，改为检测活细胞内叶绿体局部 ATP 浓度的方法。具体而言，通过与细胞内 ATP 结合并产生 FRET 信号来检测 ATP 浓度的 ATP 传感器蛋白在野生型黄菊菌株和 NDH 抑制菌株的叶绿体中过表达。使用共聚焦观察光照射后的 FRET 信号。显微镜。 2022年，我们完成了ATP传感器蛋白的基因表达载体，并使用农杆菌方法将其引入黄菊属。