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How do plants adjust their photosynthesis in response to fluctuating light environments in future climate

植物如何调整光合作用以应对未来气候中波动的光环境

基本信息

批准号：
21H02171
负责人：
矢守航
金额：
$ 11.15万
依托单位：
The University of Tokyo
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-21H02171/
关键词：
光合成気孔 Rubisco 電子伝達 CO2 環境応答地球温暖化高CO2 変動光 Rubisco activase 生産性高温

项目摘要

野外環境において植物の受ける光強度は、天候の変化や植物体同士の相互被陰によって、一日を通して常に変動している。気候変化が食料生産や炭素循環に及ぼす影響を明らかにするためには、実際の圃場に近い環境での実験が必要である。そこで本申請研究では、光合成系の機能強化を通して、近未来に予想される高CO2・高温環境下において、イネの光合成能力の改善を目指す。これまでの研究によって、光合成の鍵酵素であるRubiscoは弱光を含む様々な環境で不活性化し、その後、光が突然あたってもすぐに活性が増加しないこと、そして、不活性化したRubiscoを再活性化するRubisco activaseの量を減少させた形質転換体イネでは、光合成誘導時間が著しく遅延することを明らかにしてきた。また、Rubisco activase過剰発現体とRubisco過剰発現体の二重形質転換体を作製したところ、現在の大気CO2濃度と気温環境において、光合成能力が改善することを明らかにした。また、これらの二重形質転換体において、高温環境における光合成能力を大幅に向上させ、植物体重量を約26%向上させることに成功した。本研究成果によって、地球温暖化に適応した生産性の高いイネを作り出すことに成功したと言える。本研究成果は、Suganami et al. (2021) Plant PhysiologyとQu et al. (2021) Plant, Cell & Environmentで国際誌に発表した。

In the wild environment, the light intensity of plants changes, the weather changes, and the plants are affected by each other. Climate change affects food production, carbon cycles, and the environment. The present study aims to enhance the function of photosynthesis system and to improve the photosynthesis ability under high CO2 and high temperature environment in the near future. In this study, Rubisco was inactivated in the presence of weak light, and its activity was increased after light exposure. The amount of Rubisco activity was decreased, and the photosynthetic induction time was delayed. Rubisco activator and Rubisco activator can be controlled by high CO2 concentration and high temperature environment. Photosynthesis ability can be improved. The photosynthetic capacity of the plant increased significantly in high temperature environment, and the weight of the plant increased by about 26%. The results of this research are successful in achieving high productivity due to global warming. The results of this study were published in Suganami et al. (2021) Plant Physiology and Qu et al. (2021) Plant, Cell & Environment.