明反応の産物を介した高CO2応答ネットワークの解明

• Project Area: Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
• Project/Area Number: 22114509
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 鹿内 利治 京都大学, 理学研究科, 教授 (70273852)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2011: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2010: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: CO2 / 光合成 / 葉緑体 / 代謝 / 電子伝達

Research Abstract

シロイヌナズナ野生株およびpgr5変異株を高CO2濃度に馴化させ、大気CO2濃度に戻した後豆5分、30分、60分、120分に発現が変動する遺伝子を調べた。また大気CO2濃度に馴化した植物での遺伝子発現も調べた。独立のアレイ実験で変動が確認された遺伝子のうち、din2の発現は、大気CO2濃度に移した後120分で誘導された。また大気CO2濃度に馴化した植物でも高い発現が見られた。一方、pgr5では常にdin2の高発現が確認され、特に大気CO2濃度に移した後30分後に大きな発現誘導が見られた。din2はβ-glucronidaseをコードし、暗処理、糖欠乏で発現が誘導される。このことは、野生株では高CO2濃度において糖の蓄積が起きる一方で、pgr5では糖の蓄積は起こらないことを示唆している。このことは、サイクリック電子伝達が糖の蓄積を介して高CO2濃度の認識に関与している可能性を示している。
また昨年度に引き続き、サイクリック電子伝達を特異的に阻害する薬剤の解析を行なった。AAL1と名付けた薬剤は、PGR5依存のサイクリック電子伝達を特異的に阻害し、またその作用機作はアンチマイシンAと同じであることが示唆された。一方、アンチマイシンAと異なる部位を阻害する可能性のあるAAL2を選抜した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

野生株とpgr5変異株でCO2濃度の変化に異なるレスポンスを示す遺伝子を探索していたが、安定した結果を示す遺伝子を見いだすのに予想以上に時間を要した。最終的に複数のアレイの結果を比較することで候補遺伝子を得た。当初の計画外であったが、PGR5異存のサイクリック電子伝達を低濃度で特異的に阻害する薬剤を得ることに成功した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、糖を介さない高CO2濃度の情報伝達に関わる遺伝子の特定が望まれる。またサイクリック電子伝達阻害剤は、作用機作の特定が、次の重要ステップになる。

Research Products

• [Journal Article] Multistep assembly of chloroplast NADH dehydrogenase-like subcomplex A requires several nucleus-encoded proteins including CRR41 and CRR42, in Arabidopsis (2012)
  • Author(s): Peng L, Fukao Y, Fujiwara M, Shikanai T
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 24 Issue: 1 Pages: 202-214
  • DOI: 10.1105/tpc.111.090597
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PROTON GRADIENT REGULATION 3 recognizes multiple targets with limited similarity and mediates translation and RNA stabilization in plastids (2011)
  • Author(s): Cai W, Okuda K, Peng L, Shikanai T
  • Journal Title: Plant J Volume: 67 Issue: 2 Pages: 318-327
  • DOI: 10.1111/j.1365-313x.2011.04593.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of the chloroplast NADH dehydrogenase-like complex : nomenclature for nuclear-encoded subunits (2011)
  • Author(s): Ifuku K, Endo T, Shikanai T, Aro E-M
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 52 Issue: 9 Pages: 1560-1568
  • DOI: 10.1093/pcp/pcr098
  • NAID: 10029714253
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supercomplex formation with photosystem I is required for the stabilization of the chloroplast NADH dehydrogenase-like complex in Arabidopsis. (2011)
  • Author(s): Peng L, Shikanai T
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 155 Pages: 1629-1639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A chaperonin subunit with unique structures is essential for folding of a specific substrate. (2011)
  • Author(s): Peng L, Fukao Y, Myouga F, Motohashi R, Shinozaki K, Shikanai T
  • Journal Title: PLoS Biology Volume: 9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Src homology 3 domain-like fold protein forms a ferredoxin-binding site for the chloroplast NADH dehydrogenase-like complex in Arabidopsis. (2011)
  • Author(s): Yamamoto H, Peng L, Fukao Y, Shikanai T.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 22(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure and biogenesis of the chloroplast NAD(P)H dehydrogenase complex. (2011)
  • Author(s): Peng L, Yamamoto H, Shikanai T
  • Journal Title: Biochimica Biophysica Acta Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chloroplast stromal proteins, CRR6 and CRR7, are required for assembly of the NAD(P)H dehydrogenase subcomplex A in Arabidopsis. (2010)
  • Author(s): Peng L, Cai W, Shikanai T
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 63 Pages: 203-211
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological links among alternative electron transport pathways reducing and oxidizing plastoquinone in Arabidopsis. (2010)
  • Author(s): Okegawa Y, Kobayashi Y, Shikanai T
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 63 Pages: 458-468
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] De novo biosynthesis of fatty acids plays critical roles in the response of the photosynthetic machinery to low temperature in Arabidopsis. (2010)
  • Author(s): Takami T, Sibata M, Kobayashi Y, Shikanai T
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 51 Pages: 1265-1275
  • NAID: 10027351358
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Regulation of photosynthetic electron transport : Structure and assembly of the chloroplast NDH complex (2011)
  • Author(s): Shikanai T, Peng L, Yamamoto H
  • Organizer: Japanese-Finish seminar 2011
  • Place of Presentation: 岡山ロイヤルホテル(岡山市)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-02
• [Presentation] Machinery and assembly of the chloroplast NDH complex. (2011)
  • Author(s): Shikanai T, Peng L, Yamamoto H
  • Organizer: 2011 Switzerland-Japan Workshop
  • Place of Presentation: Ollon, Swiss(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-03
• [Presentation] Machinery and assembly of PSI cyclic electron transport (2011)
  • Author(s): Shikanai T
  • Organizer: Gordon Research Conference Photosynthesis
  • Place of Presentation: Davidson, NC, USA(招待講演)
• [Presentation] Regulation of photosynthetic electron transport by PSI cyclic electron transport. (2010)
  • Author(s): Shikanai T
  • Organizer: The 15^<th> International Congress of Photosynthesis
  • Place of Presentation: 北京(中国)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-26
• [Book] Regulation of photosynthetic electron transport.In The Chloroplast : Basics and Application (2010)
  • Author(s): Shikanai T
  • Publisher: Springer