Roles of far-red light in thylakoid reactions

• Project Area: New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
• Project/Area Number: 19H04718
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 寺島 一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40211388)
• 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: 光化学系I / 耐陰性 / 遠赤色光 / 変動光 / チラコイド / 遠赤光 / 光合成有効放射 / 光化学系Ⅰ / チラコイド膜 / グラナスタッキング

Outline of Research at the Start

・FR光の存在下で、陽イオンの汲込みによる膜電位増加によってプロトン駆動力が大きくなっていることを示す証拠が得られているので、この現象をin vitro系で確認する。
・リン光による O2濃度計を組み込んだ葉片酸素計を用いて、吸収光量子束密度あたりの量子収率を厳密に測定し、FR光による膜電位増加の効果を確認する。
・クワズイモの巨大グラナが持つ生態学的な意味を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

遠赤（色）光は、単独では光合成を駆動しない。また、定常光条件下では、遠赤光は光合成にほとんど影響を与えない。したがって、遠赤光の光合成への影響に関しては、ほとんど研究されてこなかった。われわれは、光合成を駆動できる波長域の光強度が頻繁に変化する変動光環境下において、遠赤光が光合成の効率を上昇させることを明らかにした。遠赤光による光合成速度促進効果は、吸収した光エネルギーの光合成による利用と過剰な光エネルギーの熱散逸の素早い切替えによって達成され、特に、変動光下で強光から弱光に切り替わった際に顕著であることが明らかになった（Kono et al. 2020）。弱光に切替わった際の熱散逸系の解消の遠赤光による促進には、チラコイド膜プロトン-カリウム対向輸送体（KEA３）が関与していることもわかった（論文改訂中）。
われわれは、遠赤補光が変動光による光化学系Iの光阻害回避に有効であることをすでに報告した。しかし、遠赤光が存在しなくても、弱光下で栽培したクワズイモなどの耐陰性植物の光化学系Iは、変動光に対して著しい耐性を示した。弱光栽培したクワズイモの耐性は、変動光中の強光時に光化学系 I への電子の流入量が少なく、光化学系 I に励起エネルギーが多く分配されることで、光化学系 I の反応中心P700が電子を失った酸化状態（P700+）となることによっている（Terashima et al. 2021）。
この他にも、フラッシュ閃光による光化学系II反応中心量の定量システム、遠赤光も考慮にいれた光合成量子収率測定システムの構築がほぼ完了した。

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] Australian National University(オーストラリア)
• [Journal Article] Photosystem I in low light-grown leaves of Alocasia odora, a shade-tolerant plant, is resistant to fluctuating light-induced photoinhibition. (2021)
  • Author(s): Terashima I, Matsuo M, Suzuki Y, Yamori Y, Kono M.
  • Journal Title: Photosynthesis Research Volume: - Issue: 1-2 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1007/s11120-021-00832-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effect of different spectral light quality on the photoinhibition of Photosystem I in intact leaves (2021)
  • Author(s): Riichi Oguchi, Ichiro Terashima, Wah Soon Chow
  • Journal Title: Photosynthesis Research Volume: online Issue: 1-2 Pages: 83-92
  • DOI: 10.1007/s11120-020-00805-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Far-Red Light Accelerates Photosynthesis in the Low-Light Phases of Fluctuating Light (2019)
  • Author(s): Kono Masaru、Kawaguchi Hikaru、Mizusawa Naoki、Yamori Wataru、Suzuki Yoshihiro、Terashima Ichiro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 61 Issue: 1 Pages: 192-202
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz191
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Elevated CO2-induced changes in mesophyll conductance and anatomical traits in wild type and carbohydrate-metabolism mutants of Arabidopsis. (2019)
  • Author(s): Mizokami Y, Sugiura D, Watanabe CKA, Betsuyaku E, Inada N, Terashima I
  • Journal Title: J. Exp. Bot. Volume: 70 Issue: 18 Pages: 4807-4818
  • DOI: 10.1093/jxb/erz208
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Confirmation of mesophyll signals controlling stomatal responses by a newly devised transplanting method. (2019)
  • Author(s): Fujita T, Noguchi K, Ozaki H, Terashima I
  • Journal Title: Functional Plant Biology Volume: 46 Issue: 5 Pages: 467-481
  • DOI: 10.1071/fp18250
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interspecific differences in how sink-source imbalance causes photosynthetic downregulation among three legume species. (2019)
  • Author(s): Sugiura D, Betsuyaku E, Terashima I.
  • Journal Title: Annals of Botany Volume: 123 Issue: 4 Pages: 715-726
  • DOI: 10.1093/aob/mcy204
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of instantaneous and growth CO2 levels, and ABA on stomatal and mesophyll conductances. (2018)
  • Author(s): Mizokami Y, Noguchi K, Kojima M, Sakakibara H, Terashima I
  • Journal Title: Plant Cell and Environment Volume: 42 Issue: 4 Pages: 1257-1269
  • DOI: 10.1111/pce.13484
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 陰生植物クワズイモのチラコイド膜特性について (2020)
  • Author(s): 寺島一郎、舟山幸子、上園幸史、河野優
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] 生葉の光化学系I光阻害に対する光質の影響 (2020)
  • Author(s): 小口理一、寺島一郎、Wah Soon Chow
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] アルコールは人工脂質膜小胞のマイクロドメイン形成を阻害する (2020)
  • Author(s): 松本惇志、寺島一郎、上園幸史
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 陰生植物クワズイモのチラコイド膜特性について (2019)
  • Author(s): 寺島一郎，河野優，矢守航，野口（舟山）幸子，鈴木祥弘
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 宿主植物の花成に依存した完全寄生植物の最適な成長戦略 (2019)
  • Author(s): 吉鴻一、寺島一郎、種子田春彦
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 物質分配モデルで明らかになった全寄生植物の最適な成長戦略 (2019)
  • Author(s): 吉 鴻一, 寺島 一郎, 種子田 春彦
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会
• [Presentation] Effects of far-red light on photosynthesis in fluctuating light (2019)
  • Author(s): Kono M, Terashima I
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会
• [Presentation] 光化学系I の阻害とその抑制機構 (2019)
  • Author(s): 寺島一郎、河野優
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会
• [Presentation] 二酸化炭素による葉緑体定位運動 (2019)
  • Author(s): 杉山太一，寺島一郎
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Roles of far-red light in efficient photosynthesis in fluctuating light. (2019)
  • Author(s): Kono M, Yamori W, Terashima I
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 光合成生理生態学研究の最前線 (2019)
  • Author(s): Terashima I
  • Organizer: 北京大学・CAS植物生理生態研究所“光合成生理生態学研究ワークショップ”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 植物生態学研究室
  • URL: http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~seitaipl/index.html