2019 Fiscal Year Final Research Report
Molecular mechanism of photosynthetic acclimation by sensing environmental carbon and nitrogen
Project/Area Number |
16H04805
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Research Field |
Plant molecular biology/Plant physiology
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
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Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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Keywords | 二酸化炭素 / 緑藻クラミドモナス / 光合成 / CO2濃縮機構 / タンパク質リン酸化酵素 / リン酸化プロテオーム解析 / 栄養環境 / ピレノイド |
Outline of Final Research Achievements |
Photosynthetic organisms survive by controlling the photosynthesis and reproduction by detecting deficiency of inorganic nutrients. We found factors involved in this environmental acclimation from the green alga Chlamydomonas. 1) Induction of the CO2-concentrating mechanism (CCM) essential for the maintenance of photosynthesis requires translocation of the post-transcriptional calcium sensor protein CAS into the pyrenoid. 2) A starch sheath around the "pyrenoid" of CO2-fixing enzymes is required for CCM, separating the compartments for CO2-fixing and O2-oxygen evolution. 3) In nitrogen starvation, DYRK-type protein phosphatase TAR1 promotes ROS generation, induces degradation of photosynthesis-related proteins and gametogenesis, and leads to lipid accumulation. 4) Autophagy is required for starch accumulation and maintenance by photosynthesis.
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Free Research Field |
分子細胞生物学
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
光合成は、全ての生物の生存を支える基本反応であるが、光合成生物は環境の変化に応じて自ら光合成反応を制御することで生存を図っている。特に光合成基質の二酸化炭素は水中では枯渇することになるので、光合成維持には無機炭素濃縮機構が光強度に応じて誘導される。また、無機栄養源の枯渇によっても光合成は制御を受ける。今回、新しい光合成の制御因子(CAS, TAR1, デンプン鞘、オートファジー)を明らかにしたことで、生命維持機構の理解に貢献し、食糧生産に資する植物分子育種に新しい技術の可能性を示した。
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