葉緑体NADP供給とプロトン駆動力のバランス制御機構の解明

• Project Area: New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
• Project/Area Number: 19H04715
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 川合 真紀 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10332595)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: NAD(P)(H) / 光合成電子伝達経路 / プロトン駆動力 / NADP / 光合成 / 葉緑体 / NADP合成 / ＮＡＤキナーゼ

Outline of Research at the Start

光合成は、光で駆動された電子伝達反応によって化学エネルギー（ATP, NADPH）を合成する反応を含む。このエネルギー変換過程において、リニア電子伝達（LET）の最終電子受容体であるNADP+はATPを消費して合成される。従って、光合成エネルギーバランスを最適化する上で、葉緑体NADP補酵素の量的制御は、酸化還元比制御と同様に極めて重要である。本研究では、葉緑体NADP状態とプロトン駆動力とのバランスを制御するメカニズムの解明に取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は葉緑体NADP+供給とプロトン駆動力のバランス制御機構の解明を目的として、I. CETとNADP+合成の交互作用、および、II. 光合成電子伝達経路によるNADK2活性制御機構、の２点の研究を実施した。項目Iでは、前年度までに変異体および薬剤を使用した実験によって、CET活性の低下に伴って葉緑体NADP+量が低下する事をin vivoで明らかにしており、本年度は葉緑体NADP+量が低下した時のCET活性をin vivoで計測した。葉緑体NADP+量を暗馴化時間によって調節した後に、速やかにCET活性を計測することによって、葉緑体NADP+量の低下に伴ってCET活性が増大するという明確な相関を見出した。従って、葉緑体NADP+量の変動が光合成電子伝達フローの切り替えに関与しており、光条件に応じて需給変動が生じるLET活性変化は葉緑体NADP+の変動による調節を受けており、CET活性が葉緑体NADP+量を制御する一連の流れが示唆された。
また、項目II.では光合成電子伝達鎖にNADP+を供給するNADK2活性制御機構について、タンパク質のN末領域内に暗所で酵素活性を抑制する機能が存在することを示した。また、nadk2欠損変異体の表現型を回復させる変異体をスクリーニングした結果、葉緑体内に存在すると考えられる機能未知のタンパク質が失われることで、nadk2の表現型が軽減されることが明らかとなり、葉緑体内のNADP+供給の制御機構の一端を解明することができた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] INRA(フランス)
• [Int'l Joint Research] INRA(フランス)
• [Journal Article] Redox regulation of NADP-malate dehydrogenase is vital for land plants under fluctuating light environment (2021)
  • Author(s): Yokochi Y., Yoshida K., Hahn F., Miyagi A., Wakabayashi K-I., Kawai-Yamada M., Weber A. P. M., Hisabori T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Volume: 118 Issue: 6
  • DOI: 10.1073/pnas.2016903118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The NAD Kinase Slr0400 Functions as a Growth Repressor in Synechocystis sp. PCC 6803 (2021)
  • Author(s): Ishikawa Yuuma、Cassan Cedric、Kadeer Aikeranmu、Yuasa Koki、Sato Nozomu、Sonoike Kintake、Kaneko Yasuko、Miyagi Atsuko、Takahashi Hiroko、Ishikawa Toshiki、Yamaguchi Masatoshi、Nishiyama Yoshitaka、Hihara Yukako、Gibon Yves、Kawai-Yamada Maki
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: - Issue: 4 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurement of Chloroplastic NAD Kinase Activity and Whole Tissue NAD Kinase Assay (2020)
  • Author(s): Ishikawa Yuma、Kawai-Yamada Maki、Hashida Shin‐nosuke
  • Journal Title: BIO-PROTOCOL Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.3480
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dehydroascorbate Reductases and Glutathione Set a Threshold for High-Light?Induced Ascorbate Accumulation (2020)
  • Author(s): Terai Yusuke、Ueno Hiromi、Ogawa Takahisa、Sawa Yoshihiro、Miyagi Atsuko、Kawai-Yamada Maki、Ishikawa Takahiro、Maruta Takanori
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 183 Issue: 1 Pages: 112-122
  • DOI: 10.1104/pp.19.01556
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorus toxicity disrupts Rubisco activation and reactive oxygen species defence systems by phytic acid accumulation in leaves (2020)
  • Author(s): Takagi D, Miyagi A, Tazoe Y, Suganami M, Kawai-Yamada M, Ueda A, Suzuki Y, Noguchi K, Hirotsu N, Makino A
  • Journal Title: Plant, Cell and Environment Volume: － Issue: 9 Pages: 2033-2053
  • DOI: 10.1111/pce.13772
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Altered metabolism of chloroplastic NAD kinase-overexpressing Arabidopsis in response to magnesium sulfate supplementation (2020)
  • Author(s): Kawai-Yamada Maki、Miyagi Atsuko、Sato Yuki、Hosoi Yuki、Hashida Shin-Nosuke、Ishikawa Toshiki、Yamaguchi Masatoshi
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 16 Issue: 1 Pages: 1844509-1844509
  • DOI: 10.1080/15592324.2020.1844509
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant-Unique cis/trans Isomerism of Long-Chain Base Unsaturation is Selectively Required for Aluminum Tolerance Resulting from Glucosylceramide-Dependent Plasma Membrane Fluidity (2020)
  • Author(s): Sato Masaya、Nagano Minoru、Jin Song、Miyagi Atsuko、Yamaguchi Masatoshi、Kawai-Yamada Maki、Ishikawa Toshiki
  • Journal Title: Plants Volume: 9 Issue: 1 Pages: 19-19
  • DOI: 10.3390/plants9010019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Oxalate contents in leaves of two rice cultivars grown at a free-air CO₂ enrichment (FACE) site (2019)
  • Author(s): Atsuko Miyagi, Ko Noguchi, Takeshi Tokida, Yasuhiro Usui, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Toshihiro Hasegawa, Maki Kawai-Yamada
  • Journal Title: Plant Production Science Volume: - Issue: 3 Pages: 407-411
  • DOI: 10.1080/1343943x.2019.1598272
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-yielding rice Takanari has superior photosynthetic response to a commercial rice Koshihikari under fluctuating light (2019)
  • Author(s): Adachi Shunsuke、Tanaka Yu、Miyagi Atsuko、Kashima Makoto、Tezuka Ayumi、Toya Yoshihiro、Kobayashi Shunzo、Ohkubo Satoshi、Shimizu Hiroshi、Kawai-Yamada Maki、Sage Rowan F、Nagano Atsushi J、Yamori Wataru
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 70 Issue: 19 Pages: 5287-5297
  • DOI: 10.1093/jxb/erz304
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The mitochondrial alternative oxidase supports redox balance of the photosynthetic electron transport, primary metabolite balance and growth at high light. (2019)
  • Author(s): Zhenxiang Jiang, Chihiro K.A. Watanabe, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Ichiro Terashima, Ko Noguchi
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 20 Issue: 12 Pages: 3067-3067
  • DOI: 10.3390/ijms20123067
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glycosylinositol phosphoceramide-specific phospholipase D activity catalyzes transphosphatidylation (2019)
  • Author(s): Rumana Yesmin Hasi, Makoto Miyagi, Katsuya Morito, Toshiki Ishikawa, Maki Kawai-Yamada, Hiroyuki Imai, Tatsuya Fukuta Kentaro Kogure Kaori Kanemaru, Junji Hayashi, Ryushi Kawakami and Tamotsu Tanaka
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: 166 Issue: 5 Pages: 441-448
  • DOI: 10.1093/jb/mvz056
  • NAID: 120006879927
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Flaveria 属 C4植物における NADキナーゼの特性 (2020)
  • Author(s): 田中雅美、石川優真、谷口幸美、小川敬子、宮城敦子、石川寿樹、山口雅利、宗景ゆり、川合真紀
  • Organizer: 日本植物学会 第84回大会
• [Presentation] シアノバクテリア Synechocystis sp PCC 6803 におけるメチルグリオキサールシンターゼ(Sll0036)の機能解析 (2020)
  • Author(s): Akram Kader、石川寿樹、山口雅利、石川優真、宮城敦子、川合真紀
  • Organizer: 日本植物学会 第84回大会
• [Presentation] 葉緑体局在性シロイヌナズナNADキナーゼの機能解析 (2020)
  • Author(s): チョモリグ、橋田慎之介、宮城敦子、石川寿樹、山口雅利、川合真紀
  • Organizer: 第62回植物生理学会年会（島根大会）
• [Presentation] 暗馴化過程におけるNADP+減少の遅延は代謝順応に重要な影響を及ぼす (2020)
  • Author(s): 橋田慎之介、宮城敦子、川合真紀
  • Organizer: 第62回植物生理学会年会（島根大会）
• [Presentation] Physiological role of NAD kinase in cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2019)
  • Author(s): Yuuma Ishikawa, Kintake Sonoike, Hihara Yukako, Maki Kawai-Yamada
  • Organizer: 17th International Congress on Photobiology, 18th Congress of the European Society for Photobiology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NADK3, one of NAD kinases has a principal role in photorespiration in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Daimu Tanaka, Shota Suzuki, Atsuko Miyagi, Masaru Kono, Ko Noguchi, Wataru Yamori, Yuuma Ishikawa, Masatoshi Yamaguchi, Maki Kawai-Yamada
  • Organizer: 17th International Congress on Photobiology, 18th Congress of the European Society for Photobiology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナのペルオキシソーム局在性NADキナーゼの欠損は光呼吸に影響を与える (2019)
  • Author(s): 田中大夢、鈴木渉太、宮城敦子、河野優、石川寿樹、山口雅利、川合真紀
  • Organizer: 第37回日本植物細胞分子生物学会（京都）大会
• [Presentation] Synechocystis sp. PCC 6803のslr0400破壊株は従属栄養性を獲得する (2019)
  • Author(s): 石川優真、宮城敦子、長野稔、石川寿樹、山口雅利、園池公毅、金子康子、日原由香子、川合真紀
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] Flaveria 属植物におけるNAD キナーゼの解析 (2019)
  • Author(s): 田中雅美、石川優真、谷口幸美、小川敬子、宮城敦子、石川寿樹、山口雅利、宗景ゆり、川合真紀
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 油脂産生藻類Nannochloropsis のNAD キナーゼの解析 (2019)
  • Author(s): 鈴木耕陽、石川優真、岩井雅子、堀孝一、信澤岳、宮城敦子、石川寿樹、山口雅利、太田啓之
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 油脂高産生藻Nannochloropsisが有するNADキナーゼの単離と発現解析 (2019)
  • Author(s): 鈴木耕陽、石川優真、岩井雅子、堀孝一、信澤岳、宮城敦子、 石川寿樹、山口雅利、太田啓之、川合真紀
  • Organizer: 第32回植物脂質シンポジウム
• [Presentation] シアノバクテリアSunechocystis sp.PCC6803におけるメチルグリオキサールシンターゼの機能解析 (2019)
  • Author(s): アキラムカーディル、石川優真、宮城敦子、石川寿樹、山口雅利、川合真紀
  • Organizer: 藍藻の分子生物学2019