Verification of mutual regulation hypothesis for electron flow and light harvesting system in photosynthesis

光合作用中电子流和光捕获系统相互调节假说的验证

• 批准号: 21K06217
• 负责人: 小澤 真一郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06217/
• 关键词: Photosynthetic control; シトクロムb6f複合体; LHCI; 光化学系I複合体; 光合成; 光エネルギー利用

光合成明反応では電子伝達と集光性アンテナによる光エネルギー利用効率の適切な制御が重要となる。本研究では両者の相関を明らかにすることをめざす。広範囲の光強度に適応した光合成を行ない、遺伝子情報基盤が整備され遺伝子改変手法が確立された緑藻クラミドモナスを材料とする。光合成電子伝達反応と葉緑体ストロマからチラコイド膜ルーメンへのプロトン移動は共役する。プロトン移動により生じたチラコイド膜内外のプロトン濃度勾配形成はATP合成に必須であると同時にNPQ誘導を初めとした光合成反応の防御や制御にも重要である。過度にルーメンが酸性化するとPhotosynthetic controlにより光合成電子伝達が抑制される。シロイヌナズナのpgr1変異株は、より弱いルーメン酸性化状態で光合成電子伝達が抑制されNPQ誘導が低下する。緑藻クラミドモナスにpgr1変異に相当する変異を導入したPETC-P171L株を作出し解析した。PETC-P171L株はシトクロムb6f複合体を正常に蓄積するが、強い光の下では光合成的生育速度が低下した。パルス変調によるクロロフィル蛍光を測定するとシロイヌナズナと同様にNPQ誘導低下を確認した。続いて、暗所かつ嫌気条件下でチラコイド膜ルーメンを酸性化させ、ポンピングプローブ法によって弱い作用光条件の下でカロテノイド吸収の時間変化を測定しシトクロムb6f複合体の電子伝達速度を推定すると、野生株ではシトクロムb6f複合体の電子伝達速度は上昇したがPETC-P171L株では上昇せず、ナイジェリシン添加で観測されなかった。以上のことよりPhotosynthetic controlは、低照度であってもチラコイド膜ルーメンの酸性度により機能すること、自然環境で緑藻クラミドモナスが生育する低酸素低照度の条件では光合成を有利に進めることに貢献することがわかった。

Photosynthetic light reflection is important for appropriate control of the utilization efficiency of optical energy due to electronic transmission and light collection characteristics. This study was conducted on the basis of the relationship between the two groups. The light intensity of the spectrum is suitable for the synthesis of light, and the information matrix is prepared and modified to establish the material of the spectrum. Photosynthetic electron transfer and chloroplast migration It is important to coordinate the concentration of NPQ in ATP synthesis and the defense of NPQ synthesis. Photosynthetic control of photosynthesis of electrons Pgr1 mutant is in acidic state, photosynthetic electron transfer is inhibited, and NPQ induction is reduced. The P171L strain was introduced and analyzed. PETC-P171L plants normally accumulate b6f complexes, but their photosynthetic growth rates are low under high light. The same is true for the NPQ. The electron arrival velocity of the b6f complex was estimated by measuring the time variation of the electron absorption under weak light conditions. The electron arrival velocity of the b6f complex increased in the wild strain PETC-P171L.ナイジェリシン添加で観测されなかった。Photosynthetic control is beneficial to the growth of green algae in the natural environment under conditions of low acidity and low illumination.

项目成果

The algal PETC-Pro171-Leu suppresses electron transfer in the cytochrome b6f under acidic lumenal condition

酸性腔内条件下藻类 PETC-Pro171-Leu 抑制细胞色素 b6f 中的电子转移

• DOI: 10.1101/2021.12.15.472847
• 发表时间: 2021
• 期刊: bioRxiv
• 作者: Ozawa Shin-Ichiro;Buchert Felix;Reuys Ruby;Hippler Michael;Takahashi Yuichiro
• 通讯作者: Takahashi Yuichiro

RECTOR Program

校长计划

文献リスト

文献列表

ミュンスター大学(ドイツ)

明斯特大学（德国）

緑藻クラミドモナスのシトクロムb6fのPETC-171-ProをLeuに置換した変異株はルーメン酸性下条件で電子伝達速度を強く抑制する

绿藻衣藻突变株中细胞色素 b6f 的 PETC-171-Pro 被 Leu 取代，在酸性瘤胃条件下强烈抑制电子转移速率。

• 发表时间: 2022
• 作者: 小澤真一郎;ブッハート フェリックス;ルイス ルビー;ミヒャエル ヒップラー;高橋裕一郎
• 通讯作者: 高橋裕一郎