二酸化炭素固定化酵素Rubiscoの酸化失活・分解の生理生態学的意義の再定義

重新定义二氧化碳固定酶Rubisco氧化失活和降解的生理和生态意义

• 批准号: 21H02089
• 负责人: 島田 裕士
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H02089/
• 关键词: ルビスコ; 酸化失活; ストレス; ジスルフィド結合; Rubisco; 光合成; 窒素; 酸化; 酸化還元; BSD2; redox

(1) 既存の光合成測定法では栽培環境で光合成の日変化を評価することが難しい為、よりシンプルな構成で継続的な光合成モニタリングに適した新たなガス交換測定法の開発をおこなった。市販の光合成ガス交換測定装置LI-6800を用いて既存の測定法と新規測定法を比較した結果、新規測定法は既存の測定法と同等の精度で光合成と蒸散を計測できることが分かった。また、LI-6800を用いて栽培環境における光合成反応のin vivo活性（Rubiscoの最大カルボキシル化速度）を5分以内に評価する測定系を確立した。(2) 昨年度作成したシロイヌズナRbcL遺伝子の改変2種（RbcL-1, -2）について基質CO2とRuBPに対する酵素活性の濃度依存性を解析し，酵素反応速度定数Km値とKcat値を決定した。CO2に対するKm値は野生型が14.4±2.5 （μM） に対してRbcL-1は9.4±1.4，RbcL-2は25.9±0.6であった。RuBPに対するKm値は野生型が19.1±3.4 （μM） に対してRbcL-1は20.6±2.4，RbcL-2は119.0±11.4であった。また，Kcatは値は野生型が3.2±0.4 （s-1） に対してRbcL-1は2.2±0.7，RbcL-2は10.7±0.1であった。この値は，大気中の葉緑体ストロマ画分におけるCO2濃度である約10μMにおいてRbcL-2は酵素反応速度が約2倍上昇していることを示していた。

(1)Although it is difficult to evaluate the daily changes of photosynthesis in the cultivation environment using existing photosynthesis assays, we have developed a new photosynthesis exchange assay that is suitable for a comprehensive photosynthesis monitoring system. The LI-6800 is a new method for measuring photosynthesis and evaporation with the same accuracy as the existing method. The determination system for evaluating the in vivo activity of Rubisco (maximum degradation rate of Rubisco) in the presence of Li-6800 in culture environment was established. (2)The concentration dependence of enzyme activity between substrate CO2 and RuBP was analyzed and the enzyme reaction rate Km and Kcat were determined. CO2 Km values for wild-type were 14.4±2.5 (μM) for RbcL-1 and 9.4±1.4 and 25.9±0.6 respectively. RuBP Km values for wild-type are 19.1±3.4 (μM) for RbcL-1 and 20.6±2.4 and 119.0±11.4 respectively. Also, the value of Kcat is 3.2±0.4 (s-1) for the wild type, compared with 2.2±0.7 for RbcL-1 and 10.7±0.1 for RbcL-2. The concentration of CO2 in chloroplasts increased by about 10μM, and the reaction rate of RbcL-2 enzyme increased by about 2 times.

项目成果

作物のバイタルセンシングに適した新規ガス交換測定法の開発

开发适用于农作物生命传感的新型气体交换测量方法

• 发表时间: 2023
• 作者: Hao Ning;藤原 徹;神谷 岳洋;冨永淳
• 通讯作者: 冨永淳

気孔がある葉面でのクチクラコンダクタンス推定

有气孔叶子的角质层电导率的估计

• 发表时间: 2022
• 作者: Koyama Hiroyuki;Wu Liujie;Agrahari Raj Kishan;Kobayashi Yuriko;冨永淳，Joseph Stinziano，David Hanson
• 通讯作者: 冨永淳，Joseph Stinziano，David Hanson

ハイスループット光合成活性測定装置の開発

高通量光合活性测定装置的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuma Owaki ;Shingo Kasamatsu ;Hideshi Ihara;Hong-Liang Bao and Yan Xu;荒井雅吉;岩坂凪紗，冨永淳，高橋俊一，佐藤綾人，木下俊則，坂本敦，島田裕士
• 通讯作者: 岩坂凪紗，冨永淳，高橋俊一，佐藤綾人，木下俊則，坂本敦，島田裕士

葉内CO2濃度の直接測定：気孔面のクチクラコンダクタンス測定法の開発

直接测量叶内二氧化碳浓度：开发测量气孔​​表面角质层电导率的方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 篠崎一世;藤本健造;Yan Xu;冨永淳，川満芳信，Joseph Stinziano，David Hanson
• 通讯作者: 冨永淳，川満芳信，Joseph Stinziano，David Hanson

生体情報測定器及び生体情報の測定方法

生物信息测定装置及生物信息测定方法

• 发表时间: 2023