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 Ming anti 応 で は electronic 伝 da と set optical ア ン テ ナ に よ る light エ ネ ル ギ ー use rate of unseen の appropriate な suppression が important と な る. This study で で the two are を related を clear ら にする にする とをめざす とをめざす. Hiroo van 囲 の light intensity に optimum 応 し た photosynthetic を line な い, heritage 伝 son intelligence base plate が servicing さ れ heritage 伝 child change - technique が establish さ れ た algae ク ラ ミ ド モ ナ ス を material と す る. Photosynthetic electron 伝 of anti 応 と chloroplast ス ト ロ マ か ら チ ラ コ イ ド membrane ル ー メ ン へ の プ ロ ト ン mobile は す total service る. Born プ ロ ト ン mobile に よ り じ た チ ラ コ イ ド inside and outside membrane の プ ロ ト ン concentration hook with form は ATP synthesis に must で あ る と simultaneously に NPQ induced early を め と し た photosynthetic anti 応 の defense や suppression に も important で あ る. Excessive に ル ー メ ン が acidic す る と Photosynthetic control に よ り Photosynthetic electron 伝 da が inhibit さ れ る. シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の pgr1 - different plant は, よ り weak い ル ー メ ン acidic state で photosynthetic electron 伝 da が inhibit さ れ NPQ induced low が す る. Green algae ラ ラ ドモナスにpgr1 variation に equivalent する variation を introduced to <s:1> たPETC-P171L strain を for phylogenetic analysis た. PETC - P171L strains は シ ト ク ロ ム b6f complex を に normal accumulation す る が, strong い under light の で は photosynthesis of low birth rate が し た. パ ル ス - adjustable に よ る ク ロ ロ フ ィ ル 蛍 light を determination す る と シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ と with others に NPQ induced low を confirm し た. 続 い て, dark か つ too 気 conditions で チ ラ コ イ ド membrane ル ー メ ン を acidic さ せ, ポ ン ピ ン グ プ ロ ー ブ method に よ っ て weak い effect under light conditions の で カ ロ テ ノ イ ド suction 収 の time variations change を determination し シ ト ク ロ ム b6f complex の electronic 伝 presumption of speed を す る と, wild strains で は シ ト ク ロ ム b6f complex の electronic 伝 up to speed Youdaoplaceholder5 rises たが たが strain of PETC-P171L で で rises せず ナ ジェリシ ジェリシ で観 add で観 to measure されな った った った. Above の こ と よ り Photosynthetic control は, low illumination で あ っ て も チ ラ コ イ ド membrane ル ー メ ン の acid degree に よ り function す る こ と, natural environment で algae ク ラ ミ ド モ ナ ス が fertility す る low acid element condition of low illumination の で は Photosynthetic を favorable に into め る こ と に contribution す る こ と が わ か っ た.

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