Identification of factor driving underwater photosynthesis and its molecular evolution

水下光合作用驱动因素识别及其分子进化

• 批准号: 22KJ2792
• 负责人: 堀口 元気
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Tokyo University of Pharmacy and Life Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2792/
• 关键词: 光合成; 水生植物; 形態; 環境適応; 環境順化

本研究は、陸上植物が水中へ再進出する原動力になったと考えられる水中での光合成能力の獲得について、水中での光合成を可能とする因子とその分子進化を明らかにすることを目的とする。その達成のため、本研究課題ではこれまで代表者が明らかにしてきた知見をもとに、(1) 水中での光合成を可能とした因子と考えられるHCO3-輸送体の探索、(2) 国内に自生する水生植物を用いた水中での光合成能力の比較を実施する。本年度は、(1) および (2) に必要な実験系の確立に注力した。(1) HCO3-輸送体の同定は、シアノバクテリアを用いた生理学的な実験により候補遺伝子の機能を解析する。無機炭素の輸送に関与する遺伝子を欠損させたシアノバクテリアは、低CO2環境下での生育が低下する。この欠損株でHCO3-輸送体候補遺伝子を発現させた際に、低CO2環境での生育が回復するのかどうかをHCO3-輸送能力の指標とする。すでに欠損株は作製されており、実際に低CO2環境での生育が低下する表現型を示すことを確認した。(2) 水中での光合成能力の比較については、APG IV分類に基づいた5つの科から2種ずつ選定し、室内での生育を開始した。選定した植物種は、河川や湖沼など水の流れなど生育環境の違いや、水陸両生植物や沈水植物など生活型の異なる植物種を選定した。葉の厚さや葉緑体の配置など葉の構造とそれらをもとにした光合成に関与する解剖学的パラメータを取得する方法を確立した。これらと並行して、液相型O2電極を用いたHygrophila difformisの水中葉における光合成のキネティクスと阻害剤処理による影響を解析し、阻害剤の効果がpHによって異なること、一部の阻害剤処理条件において最大光合成速度が増加することを発見した。

This study は へ again, land plants が water in and out of す る impulsion に な っ た と exam え ら れ る water で の photosynthetic capability の に つ い て, water で の photosynthetic を may と す る factor と そ の molecular evolution を Ming ら か に す る こ と を purpose と す る. そ の reached の た め, this research topic で は こ れ ま で representatives が Ming ら か に し て き た knowledge を も と に, (1) the water で の photosynthetic を may と し た factor と exam え ら れ る HCO3 - conveying body の exploration, (2) domestic に authigenic す る aquatic plants を with い た water で の photosynthetic ability の is を be applied す る. This year, および, (1) および, (2) に it is necessary for the な laboratory department <s:1> to establish に and pay attention to <s:1> た. (1) the HCO3 - conveyor body の は, シ ア ノ バ ク テ リ ア を with い た physiology な be 験 に よ り alternate heritage 伝 son の function analytical す を る. Traces of inorganic carbon の conveying に masato and す る 伝 を son owe loss さ せ た シ ア ノ バ ク テ リ ア は, low CO2 environment で の low fertility が す る. こ の owe damage strain で HCO3 - conveying body alternate heritage 伝 son を 発 now さ せ た interstate に, low CO2 environment で の fertility が reply す る の か ど う か を HCO3 - の conveying capacity index と す る. す で に owe damage strain は cropping さ れ て お り, be interstate に low CO2 environment で の low fertility が す る phenotype を shown す こ と を confirm し た. (2) the water で の photosynthetic ability の is に つ い て は, APG IV classification に づ い た 5 つ の secco か ら two ず つ selected し, indoor で の fertility を began し た. Selected し た plants は, rivers や limnetic な ど water flows の れ な ど birth environment の violations い や, land and sea that struck plant や shen water plant な ど life の different な る plants を selected し た. Thick leaves の さ や chloroplast の configuration な ど leaf の tectonic と そ れ ら を も と に し た photosynthetic に masato and す る anatomy パ ラ メ ー タ を obtain す を る method established し た. Youdaoplaceholder0 れらと in parallel with て and liquid-phase O2 electrode を with れらと たHygrophila Difformis の water middle に お け る photosynthetic の キ ネ テ ィ ク ス と resistance against tonic 処 Richard に よ る effect を resolution し, resistance against tonic の unseen fruit が pH に よ っ て different な る こ と conditions, a の resistance against tonic 処 に お い て maximum photosynthetic speed が raised す る こ と を 発 see し た.

项目成果

Cooperation of external carbonic anhydrase and HCO3- transporter provides underwater photosynthesis in submerged leaves of the amphibious plant.

外部碳酸酐酶和 HCO3- 转运蛋白的合作为两栖植物的沉水叶提供水下光合作用。

• 发表时间: 2022
• 作者: Genki Horiguchi;Ryoma Oyama;Tatsuki Akabane;Nobuhiro Suzuki;Etsuko Katoh;Yusuke Mizokami;Ko Noguchi;Naoki Hirotsu
• 通讯作者: Naoki Hirotsu

水陸両生植物 Hygrophila difformis における水没後の葉の解剖学的特性の変化

两栖植物异形水螅浸水后叶片解剖特征的变化

• 发表时间: 2023
• 作者: 堀口元気;溝上祐介;廣津直樹;野口航
• 通讯作者: 野口航

水陸両生植物 Hygrophila difformis の短期的および長期的水中順応における葉の光合成特性の比較

两栖植物异形水生植物短期和长期水生适应过程中叶片光合特性的比较

• 发表时间: 2022
• 作者: 堀口元気;溝上祐介;廣津直樹;野口航
• 通讯作者: 野口航