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新開発極低温顕微鏡による植物の光エネルギー利用効率の調節機構の解明

使用新开发的冷冻显微镜阐明植物光能利用效率的调节机制

基本信息

批准号：
20J13833
负责人：
藤田祐輝
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光合成光捕集タンパク質（LHCII）は外界の光環境の変化に伴って二つの光化学系（PSII、PSI）へのエネルギー供給バランスを変化させる。この機能は光合成の効率に大きく影響しており、作物生産量を向上させる鍵として注目されている。その第一歩として、タンパク質の移動に伴うタンパク質超複合体の再構築による励起エネルギー移動経路のダイナミックな変化を、生きた細胞を対象としてより包括的に検証する新たな光学系システムの構築を目指した。具体的には、既存の極低温光学顕微鏡の検出器として時間分解蛍光分光を行えるストリークカメラを新たに導入した。また低温葉緑体イメージングの制御およびPSII、PSIの葉緑体内強度分布図作成を同時に行える新たなアルゴリズムを自作した。これらの改良点を導入した極低温―ストリークカメラ光学顕微鏡システムにより、PSII、PSIを空間的に識別しLHCIIから各光化学系へのエネルギー伝達速度論を強調することに成功した。主な研究成果として、青色の光を照射した際にPSIの近くで長波長シフトしたfree-LHCII凝集体の存在を示すデータが得られた。さらに、より高分解能で細胞イメージングを目指し、超解像蛍光顕微鏡技術の一つであるSTED法を開発した極低温―ストリークカメラ光学顕微鏡システムに導入する試みも行った。空間分解能の向上には至らなかったが、低温により引き起こされる色素分子の電子状態の占有率の逆転により効果的な誘導放出の観測に成功した。これは低温とSTED法を組み合わせることでさらなる空間分解能向上の実現を示唆する。

Photosynthetic light trapping agent (LHCII) changes the light environment of the outside world, and the photochemical system (PSII, PSI) changes the light environment of the outside world. This function has a great influence on photosynthesis efficiency and crop productivity. The first step is to construct a new optical system by stimulating the movement of the mass and the reconstruction of the mass supercomplex. Specific, existing detectors of cryogenic optical micromirrors are introduced into the optical spectrum by time resolution. The chloroplast intensity distribution of PSII and PSI was also determined. The improved point of introduction of ultra-low temperature optical microscope system, PSII, PSI space recognition, LHCII, photochemistry system and the development of speed theory were successfully discussed. The results of this study indicate that PSI has a long wavelength when irradiated with cyan light. In addition, the development of the STED method for high resolution optical micro-mirror technology has been studied. The space decomposition energy was measured successfully in the electron state occupancy ratio of pigment molecules at low temperature and high temperature. The low temperature and STED method can be used to combine the energy of space decomposition and the energy of space decomposition.