Elucidation of the new mechanism for preventing reactive oxygen species production depending on chloroplastic ATP synthase in land plants

阐明陆地植物中依靠叶绿体 ATP 合酶防止活性氧产生的新机制

基本信息

批准号：
18J00852
负责人：
高木大輔
金额：
$ 2.58万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J00852/
关键词：
リン酸 ATPアーゼ光合成植物栄養学イネ植物生理学 Rubisco 光傷害

项目摘要

野生型イネ(ノトヒカリ)を異なる無機リン酸(Pi)施肥条件下で栽培し、無機リン酸量を増大させた生葉における光合成駆動時の葉緑体局在型ATPシンターゼの回転活性(gH+)は、高リン酸施肥により葉身Pi量が増加する条件で低下することを明らかとした。本年度は同条件下において光合成駆動時の代謝物の定量を行うことでATPシンターゼの回転活性低下の原因解明を試みた。ノトヒカリをリン酸施肥条件を5区画(低Pi条件,標準Pi条件、標準2倍量Pi施肥条件、標準3倍量Pi施肥条件、標準4倍量Pi施肥条件、標準5倍量Pi施肥条件)設定し、水耕栽培条件下で生育させた。発芽後70日以降の最上位展開葉を明条件下でサンプリングした後に、早急に液体窒素にて凍結させ光合成駆動時の代謝反応を即時に停止させた。サンプリングした葉は、代謝物抽出後にトリプル四重極キャピラリー電気泳動質量分析装置により各種代謝物の定量を行った。これに加え、ATPシンターゼ活性変異体の作成は、ノトヒカリを用い、gH+活性制御に関わると考えられるγ-subunitのATPシンターゼ過剰発現体及びゲノム編集体の作成を行った。代謝物解析の結果、ATP、ADP、AMPの全量はリン酸施肥量の増加に伴って増加することが明らかとなったが、光合成駆動時のATP/ADP比の算出を行うとリン酸施肥量の増加に伴ってATP/ADP比が有意に増大することが明らかとなった。このATPが余剰する状況は、前年度に明らかとしたRubiscoの活性化率低下に伴うカルビンサイクルの回転速度の低下と一致するデータである。これらの結果から、gH+はこれまで報告されていたような単純に細胞内のPi量によって変動するだけではなく、葉緑体内部の代謝回転をATP/ADP比の変化で検知することで変化していることが新規に明らかとなった。

发现在野生叶片的光合作用驱动过程中，叶绿体 - 叶绿体 - 叶绿体定位的ATP合酶的旋转活性（GH+）在其中培养了野生型水稻（Notohikari）在不同的无机磷酸盐（PI）受精条件下（PI）受精条件的不同，并且在原始叶片中增加了磷酸盐的磷酸盐，质量磷酸盐的含量增加了，质量磷酸盐的含量增加了，或非有机磷酸盐的含量增加。叶叶片pi的量。今年，我们试图通过在相同条件下的光合作用过程中量化代谢物，阐明ATP合酶旋转活性降低的原因。 Notohikari是在水培培养条件下种植的5个部分（较低的PI条件，标准PI条件，标准的2X PI受精条件，标准的3X PI受精条件，标准的4X PI受精条件，标准的5X PI受精条件），并在水龙头条件下生长。发芽后70天后，在光条件下对顶级展开的叶子进行采样，然后在光合作用驱动过程中紧急冷冻在液氮中，以立即停止代谢反应。提取采样的叶子，并使用三倍四极毛毛细管电泳质谱仪对各种代谢产物进行定量。此外，为了创建ATP合酶活性突变体，Notohikari被用来创建γ-亚基的ATP合酶过表达者和基因组编辑，这些基因组被认为与GH+活性控制有关。代谢产物分析表明，随着磷酸盐受精量的增加，ATP，ADP和AMP的总量增加，但是在计算光合作用过程中ATP/ADP比率时，ATP/ADP比随磷酸盐受精量的增加而显着增加。这种剩余的ATP情况与加尔文周期旋转速度的下降是一致的，加尔文周期旋转速度在上一年揭示，如Rubisco的激活率下降所示。这些结果表明，GH+不仅通过先前报道的细胞中的PI数量而变化，而且还通过改变ATP/ADP比来检测叶绿体内的周转而变化。