2020 Fiscal Year Annual Research Report
Genetic analysis of regulatory network of proton motive force
| Project Area | New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system |
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| Project/Area Number |
16H06555
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鹿内 利治 京都大学, 理学研究科, 教授 (70273852)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 光合成 / 電子伝達 / 葉緑体 / プロトン駆動力 / KEA3 / Flv / PTOX |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光は光合成の電子伝達を駆動するのに必須であるが、過剰な光の受容は活性酸素の生成を介して光合成装置を破壊する。植物は、電子伝達に連動して起こるチラコイドルーメンの酸性化をモニターすることで、電子伝達にブレーキをかける。光傷害を回避しつつ、最大光合成活性を維持するには、このブレーキのかかりが、環境に対して最適化される必要がある。
KEA3はチラコイド膜に局在するH+/K+アンチポーターであり、プロトン濃度勾配を膜電位に置き換えることで、ブレーキの迅速な解除に働く。KEA3の過剰発現は、ブレーキを軽減し、変動光下で、光化学系Ⅰの光傷害を引き起こすことを報告している。一方、Flvは、光化学系Ⅰから電子を吸い出す安全弁として機能する。そこで、KEA3の過剰発現株にFlvの安全弁を加えたところ、形質転換体は、変動光下で、野生株を凌ぐ光合成を行うことを明らかにした。
PTOXは、Flv同様、電子の安全弁として機能するが、Flvが光化学系Ⅰの下流から電子を引き抜くのに対し、プラストキノンプールから電子を引き抜く。クラミドモナスの強力なPTOX2をシロイヌナズナに導入した。pgr5変異株は、サイクリック電子伝達を欠損し、電子伝達にブレーキをかけられない。pgr5変異株背景にPTOX2を導入したところ、ルーメンが酸性化し、NPQが誘導された。しかしながら、光化学系Ⅰは還元されたままであった。この表現型から、サイクリック電子伝達が、ルーメンの酸性化を介して電子伝達のブレーキをかけるのに加えて、光化学系Ⅰの受容側の電子をプラストキノンプールに移す働きがあることを提唱した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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