高温ストレスを受けた植物において誘導されるステート遷移の役割とその分子機構の解析

高温胁迫下植物状态转变的作用及其分子机制分析

• 批准号: 13J01843
• 负责人: 丸谷 曜子
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J01843/
• 关键词: 高温ストレス; ステート遷移; 光化学系; チラコイド膜; コムギ; リン酸化

今年度は、環境の変化により引き起こされるステート遷移の分子機構の解明に取り組んだ。当初の計画では高等植物のステート遷移が藻類と類似していると想定して実験を立案したが、進捗に伴い藻類との差異が明らかとなってきたため、得られた結果に基づき計画を適宜変更して研究を進めた。その結果、陸上で生育する高等植物と水中で生育する藻類のステート遷移の機構の違いを明らかにし、高等植物のステート遷移にはより強い光環境で生育するための効率的な光合成と高温ストレスからの光化学系の回避という生理的意義があると結論して投稿論文を取りまとめた。課題1) ステート遷移や熱放散を欠失したアラビドプシスの変異体（stn7; STN7キナーゼ欠損変異体、stn8; STN8キナーゼ欠損変異体、npq4-1; 熱放散欠失変異体）では高温耐性が低下することを期待して、明所40℃におけるPSII活性測定を行ったが、野生株との顕著な違いは見られなかった。単独の変異体では、欠失していない方の表現型が補うことにより高温障害を回避する可能性が考えられた。課題2 及び課題4) BN-PAGEと2次元SDS-PAGEにより同定したPSI-LHCII複合体のリン酸化状態をイムノブロットにより調べたところ、リン酸化されたLhcb1とLhcb2が結合していた。ステート遷移の研究が進んでいる緑藻においてPSI-LHCIIの形成に必須であるCP29やCP26は、コムギのPSI-LHCII複合体からは検出されなかったことから、緑藻類と高等植物ではPSI-LHCII複合体の構成成分及び形成メカニズムが異なることが示唆された。当初に挙げた課題以外の進展）これまでに報告された光変動誘導性ステート2と本研究で示された高温誘導性ステート2の違いを明らかにするために、光・温度条件の変化がステート2の誘導に与える影響を調べた。その結果、明所25℃ではリニア電子伝達を促進するステート2である一方、明所40℃ではサイクリック電子伝達優勢のステート2であることが分かった。

This year, environmental change has led to the development of molecular mechanisms for migration. The original plan was to study the migration of higher plants and algae. The results show that higher plants grow on land and in water. The mechanism of algae migration is different from that of higher plants. The photosynthetic rate of higher plants grows in strong light environment. The photochemical system avoids physiological significance. Topic 1) The high temperature tolerance of the mutant (Stn7; STN7; Stn8; Stn8; Stn 4-1; Stn8) to PSII activity was measured at 40℃. The possibility of avoiding high temperature damage is examined by the phenotype of a single variant. Topic 2 and Topic 4) BN-PAGE and 2D SDS-PAGE are used to determine the identity of the PSI-LHCII complex and to determine the acidification state of the complex. CP29 and CP26 are essential for the formation of PSI-LHCII complexes in green algae. The composition and formation of PSI-LHCII complexes in green algae are also discussed. This study shows the influence of light and temperature on the induction and modulation of high temperature. The result is that at 25℃, the electron transfer is promoted. At 2 ℃, the electron transfer is promoted. At 40℃, the electron transfer is promoted.

项目成果

Remodeling of photosystems to induce thermal dissipation and state transition accompanied by structural changes of thylakoid membranes in heat-stressed wheat

热应激小麦中光系统的重塑诱导散热和状态转变，同时伴随着类囊体膜的结构变化

• 作者: Yoko Marutani;Yasuo Yamauchi;Seiji Akimoto;Kanako Inoue;Kenichi Ikeda;Masaharu Mizutani and Yukihiro Sugimoto
• 通讯作者: Masaharu Mizutani and Yukihiro Sugimoto

コムギの光化学系における高温耐性機構の解析：ステート遷移の誘導と超高速励起型PSI-LHCII複合体の形成

小麦光系统耐高温机制解析：诱导态变及超快激发型PSI-LHCII复合物形成

• 发表时间: 2014
• 作者: Thomson;R.;Yuki;M.;山田 大智;丸谷曜子;山内靖雄;秋本誠志;井上加奈子;池田健一;水谷正治;杉本幸裕
• 通讯作者: 丸谷曜子;山内靖雄;秋本誠志;井上加奈子;池田健一;水谷正治;杉本幸裕

高温環境で誘導される可逆的なチラコイド膜構造変化機構の解明

阐明高温环境下诱导的可逆类囊体膜结构变化的机制

• 发表时间: 2013
• 作者: 丸谷曜子;山内靖雄;秋本誠志;井上加奈子;池田健一;水谷正治;杉本幸裕;池内 昭朗;池内 昭朗;丸谷 曜子;三好晨仁
• 通讯作者: 三好晨仁

明所高温条件で誘導されるステート2によるPSII障害回避機構の解析

亮高温条件下状态2诱导的PSII故障避免机制分析

• 发表时间: 2015
• 作者: Yuki;M.;Thomson;R.;Kito;M.;Yamada;J.;山田 大智;丸谷曜子;山内靖雄;東山真理;秋本誠志;井上加奈子;池田健一;水谷正治;杉本幸裕
• 通讯作者: 丸谷曜子;山内靖雄;東山真理;秋本誠志;井上加奈子;池田健一;水谷正治;杉本幸裕

Regulation of photochemical energy transfer accompanied by structural changes in thylakoid membranes of heat-stressed wheat.

• DOI: 10.3390/ijms151223042
• 发表时间: 2014-12-11
• 期刊: International journal of molecular sciences
• 影响因子: 5.6
• 作者: Marutani Y;Yamauchi Y;Miyoshi A;Inoue K;Ikeda K;Mizutani M;Sugimoto Y
• 通讯作者: Sugimoto Y