循環型電子伝達系の増強による、C4植物の二酸化炭素の漏れの軽減と光合成効率の改善

通过增强循环电子传输系统减少二氧化碳泄漏并提高 C4 植物的光合作用效率

• 批准号: 10J05770
• 负责人: 田副 雄士
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J05770/
• 关键词: C_4植物; 循環型電子伝達系; Flaveria bidentis; PGR5

本研究では、ATPの要求性が高いC_4植物を用いて、循環型電子伝達系のさらなる増強が、弱光下におけるCO_2の漏れの軽減やC4光合成効率の改善に繋がるか、を調べることを目的としている。そこで、形質転換が可能な数少ないC_4植物であるフラベリア(Flaveria bindentis)を用いて、PGR5の過剰発現により循環型電子伝達系を増強させた形質転換体を作出した。24年度は前年度に引き続き、PGR5を過剰発現させたフラベリアの形質転換体12ラインを用いて解析を行なった。形質転換体(Tl世代)の、チラコイド膜タンパク質当たりのPGR5量は、PGR5過剰発現体において野生株の1.5～2.0倍増加した。また、PGR5と共に循環型電子伝達系に関与していると考えられているタンパク質、PGRL1の量は、野生株の1.2～1.5倍増加した。一方で、PGR5経路とは別の循環型電子伝達系であるNDH経路の主要タンパク質、NDH-Hの量は、形質転換体で1割程度減少する傾向が見られた。PSIIの最大量子収率(Fv/Fm)は、野生株とPGR5過剰発現体でほとんど変わらなかったことから、PGR5の過剰発現はPSII自体には影響を与えておらず、光阻害も起こっていないと考えられる。Fv/Fmの測定後、50μmol quanta m^<-2>s^<-1>の弱い励起光下で非光化学消光(non-photochemical quenching : NFQ)を調べたところ、野生株のNPQの最大値は0.4程度であったのに対し、形質転換体では約0.8と、野生株の2倍程度まで増加した。NPQの増加は、qE成分(チラコイド膜内外のプロトン勾配に関わるエネルギー依存的消光)の増加によって説明されることから、C_4植物の葉においても、PGR5の過剰発現により循環型電子伝達系が増強されていると考えられる。C_4植物においては、PGR5よりもNDH経路の方が循環型電子伝達系に大きく関与していると考えられていたが、PGR5経路もC_4光合成の循環型電子伝達系に大きく関与していることを、本研究により初めて明らかにされた。また、励起光を段階的に上げた時のPSIとPSIIの量子収率の光依存性を同時測定した。励起光照射下におけるPSIの量子収率(φI)は、特に弱い励起光下(50μmol quanta m^<-2>s^<-1>以下)において、PGR5過剰発現体の方が野生株よりも高くなった。一方で、PSIIの量子収率(φII)は、PGR5過剰発現体において低くなる傾向にあったが、これは過剰発現体においてNPQが大きくなったことでφIIが低下したものと考えられる。今後、これらの形質転換体において、C_4光合成効率がどのように変化しているかを調べていく予定である。

This study で は, ATP の sex が demanding い を C_4 plants with い て, circular electronic 伝 is の さ ら な る raised strong が, the weak light に お け る CO_2 の leakage れ の 軽 minus や C4 photosynthesis rate of unseen の improve に 繋 が る か, を べ る こ と を purpose と し て い る. そ こ で, form quality planning may change が な number less な い C_4 plants で あ る フ ラ ベ リ ア (Flaveria bindentis) を with い て, PGR5 の before turning 発 now に よ り circular electronics 伝 da を raised strong さ せ た form quality planning in body を make し た. 24 year before は year に lead き 続 き, PGR5 を before turning 発 now さ せ た フ ラ ベ リ ア の form quality planning in body 12 ラ イ ン を with い て parsing line を な っ た. Form quality planning in body (Tl) of generation の, チ ラ コ イ ド membrane タ ン パ ク mass when た り の は PGR5 quantity, PGR5 turning 発 now body に お い て wild strains の 1.5 ~ 2.0 times raised plus し た. ま た, PGR5 と altogether に circular electronics 伝 da に masato and し て い る と exam え ら れ て い る タ ン パ ク qualitative, PGRL1 の は, wild strains の 1.2 ~ 1.5 times raised plus し た. Road side で, PGR5 経 と は don't の circular electronics 伝 da で あ る NDH 経 の main road タ ン パ ク qualitative, NDH -h の は, form quality planning in body で 1 cut extent reduce す る tendency が see ら れ た. PSII の maximum quantum 収 rate (Fv/Fm) は, wild strains と PGR5 through turning 発 now body で ほ と ん ど - わ ら な か っ た こ と か ら, PGR5 の through turning 発 now は PSII autologous に は influence を and え て お ら ず, light resistance against も こ っ て い な い と exam え ら れ る. After Fv/Fm <s:1> determination, で non-photochemical quenching under 50μmol quanta m^<-2>s^<-1> <s:1> weak で excitation light: NFQ) を adjustable べ た と こ ろ, wild strains の NPQ の nt biggest は 0.4 degree で あ っ た の に し seaborne, form quality planning in body で は 0.8 と, wild strains の double degree ま で raised plus し た. NPQ の raised は, qE component (チ ラ コ イ ド inside and outside membrane の プ ロ ト ン hook with に masato わ る エ ネ ル ギ ー dependent extinction) の raised plus に よ っ て illustrate さ れ る こ と か ら, C_4 plants の leaf に お い て も, PGR5 の through turning 発 now に よ り circular electronics 伝 da が raised strong さ れ て い る と exam え ら れ る. C_4 plants に お い て は, PGR5 よ り も NDH の party が circular electronic 伝 経 road of big department に き く masato and し て い る と exam え ら れ て い た が, PGR5 経 road も C_4 photosynthetic の circular electronics 伝 da に big き く masato and し て い る こ と を, this study に よ り early め て Ming ら か に さ れ た. When げた on the に of the また and excited light を stages, the <s:1> PSIとPSII <s:1> quantum yield <e:1> and light dependence を are simultaneously determined to た. Wound up under the light irradiation に お け る PSI の quantum 収 rate (phi I) は, weak に い wound up light (50 mu mol, two m ^ ^ < - > 2 s < - > 1) に お い て, PGR5 turning 発 now body の party が wild strains よ り も high く な っ た. Side で, PSII の quantum 収 rate (phi) II は, PGR5 turning 発 now body に お い て low く な る tendency に あ っ た が, こ れ は through turning 発 now body に お い て NPQ が big き く な っ た こ と で phi II low が し た も の と exam え ら れ る. In the future, こ れ ら の form quality planning in body に お い て, C_4 photosynthetic rate of unseen が ど の よ う に variations change し て い る か を adjustable べ て い く designated で あ る.

项目成果

Overexpression of PGR5 involved in cyclic electron transport photosystem I in Flaveria bidentis, an NADP-ME type C_4 dicot

Flaveria bidentis（一种 NADP-ME 型 C_4 双子叶植物）中参与循环电子传递光系统 I 的 PGR5 过表达

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Tazoe;N.Ishikawa;T.Shikanai;F.Sato;T.Endo
• 通讯作者: T.Endo

葉内CO_2コンダクタンスのCO_2応答

叶内CO_2电导的CO_2响应

• 发表时间: 2010
• 作者: Y.Tazoe;N.Ishikawa;T.Shikanai;F.Sato;T.Endo;田副雄士;田副雄士
• 通讯作者: 田副雄士

炭素安定同位体法を用いた、葉内CO_2拡散モデルの解析

碳稳定同位素法分析叶内CO_2扩散模型

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Tazoe;N.Ishikawa;T.Shikanai;F.Sato;T.Endo;田副雄士
• 通讯作者: 田副雄士

C_4植物Flaveria bidentisを用いた循環的電子伝達系タンパク質PGK5の過剰発現体の作出

使用 C_4 植物黄顶菊创建过表达循环电子传递链蛋白 PGK5

• 发表时间: 2013
• 作者: 田副雄士;石川規子;鹿内利治;佐藤文彦;遠藤剛
• 通讯作者: 遠藤剛

Measurement of mesophyll conductance in tobacco, Arabidopsis and wheat leaves with tunable diode laser absorption spectroscopy

利用可调谐二极管激光吸收光谱法测量烟草、拟南芥和小麦叶片的叶肉电导

• 发表时间: 2010
• 作者: Y.Tazoe;S.von Caemmerer;J.R.Evans
• 通讯作者: J.R.Evans