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。

在2022财年，我们使用C4植物的NDH抑制菌株作为一种材料进行了材料，确认了在弱光条件下培养时表型，从而验证了观察到的表型和ATP生产能力之间的相关性，并在NDH抑制性NDH抑制性抑制作用中验证了转化的植物的下降。研究开始后，我们首先证实了先前研究中NDH抑制菌株的表型的可重复性，在弱光条件下培养时，即光合作用能力和增长迟缓的下降。结果，有可能确认叶片中蛋白质和叶绿素的量，并延迟生长。因此，在NDH抑制菌株中降低了ATP的产生能力，并测量了叶提取物中ATP的积累。但是，野生和NDH抑制剂菌株之间没有发现差异。在最近使用拟南芥的最新研究中，据报道，在光照射下从光合电子传输中得出的叶绿体的ATP浓度小于源自线粒体电子传输的ATP浓度的四分之一。因此，人们认为，当使用整个叶子中的提取物时，由于光合环状电子的转移而引起的叶绿体中ATP浓度的差异很难。因此，该计划被更改为检测活细胞中局部ATP浓度的方法。具体而言，可以通过与细胞内的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Flaveria和NDH抑制剂菌株的叶绿体中过表达，并且在共射显微镜下观察到光照射后的FRET信号。在2022财政年度期间，ATP传感器蛋白的基因表达载体已完成，并使用农业方法引入了Flaveria。