炭酸固定酵素Ｒｕｂｉｓｃｏとその活性化酵素の多重増強によるイネの光合成能力の強化

碳酸固定酶Rubisco及其活化酶多重强化增强水稻光合能力

• 批准号: 19J10653
• 负责人: 菅波 眞央
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10653/
• 关键词: イネ; 光合成; Rubisco; Rubisco activase; 光合成改良; 遺伝子組換え

イネの生産性向上には、光合成能力の強化は不可欠な課題である。炭酸固定酵素Rubiscoは現在の大気条件における最大光合成速度の律速要因であり光合成能力強化の有力なターゲットであるが、Rubiscoを過剰生産させたイネでは、期待されたほどの光合成速度の向上は見られなかった。これは、生体内で機能する活性化されたRubiscoの割合（Rubisco活性化率）が低下したことが原因だと考えられた。そこで、本研究ではRubiscoとともにRubisco活性化を担う酵素Rubisco activase (RCA)を同時過剰生産させることで光合成能力の強化、および個体生育の改良を試みる。本年度はRubiscoとRubisco activaseの同時過剰生産イネの光合成機能の解析を行った。Rubisco量、RCA量の増加が確認された計3系統のRubisco・RCA同時過剰生産イネにおいて解析を行い、光飽和条件におけるRubisco活性化率は、いずれの系統でも野生型イネと同レベルまで回復していることが確認された。しかしながら、葉温25℃条件において、同時過剰生産イネの光合成速度に有意な変化は認められなかった。一方、夏場のほ場環境に相当する高温条件(葉温36℃)においては、現在の大気CO2濃度における光飽和光合成速度が約15%向上していることが確認された。高温条件における光合成をより詳細に評価するためA-Ci解析を行ったところ、低CO2環境における光合成速度の上昇は、Rubiscoタンパク質量とRubisco活性化率より算出した活性型Rubisco量と高い正の相関を示しており、Rubisco量の増加とRCA量増加によるRubisco活性化率の維持が光合成能力の向上に寄与したことを示した。本研究の成果は、米国植物科学会誌「Plant Physiology」に掲載された。

增强光合作用能力是提高水稻生产率的重要问题。固定酶Rubisco是限制因子的一个因素，在当前大气条件下最大的光合速率是增强光合作用能力的有希望的目标，但是过量产生Rubisco的大米并未显示出预期的光合率的任何改善。这被认为是由于活化的Rubisco在体内功能的比例（Rubisco激活速率）的降低所致。因此，在这项研究中，我们将尝试同时过量生产Rubisco Activans（RCA），Rubisco激活的酶与Rubisco一起增强了光合作用的能力并改善了个人的生长。今年，我们分析了来自Rubisco和Rubisco Activase的大米的光合作用功能。对在Rubisco和RCA生产的三个同时产生的水稻进行了分析，这些水稻已被证实增加了Rubisco和RCA水平，并且可以证实，在所有菌株中，照片饱和条件下的Rubisco激活速率已恢复到与野生型水平相同的水平。然而，在25°C的叶片温度下，同时生产过量的水稻的光合作用速率未观察到显着变化。另一方面，已经证实，在当前大气二氧化碳浓度下的照片饱和光合作用率在高温条件下（叶温度：36°C）增加了约15％，这对应于夏季的田间环境。 To further evaluate photosynthesis under high temperature conditions, A-Ci analysis was performed, and the increase in photosynthesis rate in a low CO2 environment showed a high positive correlation with the amount of Rubisco protein and the amount of active Rubisco calculated from the amount of Rubisco, indicating that the increased amount of Rubisco and the amount of RCA contributed to the improvement of photosynthesis ability.这项研究的结果发表在《美国植物科学杂志》，植物生理学杂志上。

项目成果

Effects of Overproduction of Rubisco Activase on Rubisco Content in Transgenic Rice Grown at Different N Levels

• DOI: 10.3390/ijms21051626
• 发表时间: 2020-03-01
• 期刊: INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
• 影响因子: 5.6
• 作者: Suganami, Mao;Suzuki, Yuji;Makino, Amane
• 通讯作者: Makino, Amane

イネにおいてFlavodiiron proteinsは、Rubisco activaseの過剰発現による光阻害から回復させる

在水稻中，黄二铁蛋白可以从 Rubisco 激活酶过度表达引起的光抑制中恢复。

• 发表时间: 2020
• 作者: 丸橋凌;菅波眞央;田副雄士;今野壮;和田慎也;山本宏;鹿内利治;牧野周
• 通讯作者: 牧野周

RubiscoとRubisco activaseの同時過剰生産がイネの光合成に与える影響

Rubisco和Rubisco激活酶同时过量生产对水稻光合作用的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 菅波眞央;鈴木雄二;田副雄士;牧野周
• 通讯作者: 牧野周

光合成電子伝達反応における電子蓄積が陸上植物におけるリン酸毒性発症のトリガーとなる

光合电子转移反应过程中的电子积累引发陆地植物磷酸盐毒性的发生

• 发表时间: 2019
• 作者: 高木大輔;田副雄士、菅波眞央、上田晃弘、鈴木雄二、牧野 周
• 通讯作者: 田副雄士、菅波眞央、上田晃弘、鈴木雄二、牧野 周

Effects of overexpression of the Rubisco small subunit gene under the control of the Rubisco activase promoter on Rubisco contents of rice leaves at different positions

Rubisco激活酶启动子控制下Rubisco小亚基基因过表达对水稻叶片不同位置Rubisco含量的影响

• DOI: 10.1080/00380768.2020.1780898
• 发表时间: 2020
• 期刊: Soil Science and Plant Nutrition
• 影响因子: 2
• 作者: Kudo Natsumi;Mano Kazuhisa;Suganami Mao;Kondo Eri;Suzuki Yuji;Makino Amane
• 通讯作者: Makino Amane