2022 Fiscal Year Annual Research Report

植物の電子受容体NADP再生ボトルネックの解明―なぜ夜間に減少するのか？

Research Project

Project/Area Number	20K06695
Research Institution	Central Research Institute of Electric Power Industry
Principal Investigator	橋田慎之介一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 上席研究員 (60516649)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	NADP+ / NAD+ / NADP+脱リン酸化 / NAD+リン酸化 / ストロマ / pH / NADK / NADPP
Outline of Annual Research Achievements	本研究ではシロイヌナズナを材料として、夜間の葉緑体NADP+減少メカニズムと昼間のNADP+再生経路を特定する事を目的として実施した。当所研究計画に基づいて、NADP+の減少が脱リン酸化（NADPP）活性とNADP+代謝・分解活性のいずれかであるかを発光測定原理に基づく精密定量によって評価し、NADPP活性によってNADP+が減少する事を明らかにした。この結果から光環境に応答したNAD+のリン酸化とNADP+の脱リン酸化反応によって葉緑体NADP+とNADPHの総量（NADPプールサイズ）が調節されることが明らかとなった。さらに、リン酸化/脱リン酸化の活性は、光条件でストロマpHが中性から弱アルカリ性となる時にリン酸化が活性化し、暗条件でストロマpHが中性から弱酸性となる時に脱リン酸化が活性化する事を生化学実験で明らかにした。この結果から、光条件に応答したストロマpH変化によって葉緑体NADPプールサイズが調節される新規メカニズムを提唱した。この葉緑体NADPP活性に関わる酵素を同定するため、分取精製した活性濃縮画分のnanoLC-MS/MS分析を実施し候補タンパク質を同定した。同定タンパク質の活性特性を解析した結果、酸性条件でNADP+を効率的に脱リン酸化し、その活性がATPによって競合的に阻害される事を見出した。この結果は、明条件で光化学系依存的なATP合成反応が進行している際にはストロマpH条件と協調してNADPプールサイズの維持を支持している。さらに、最終年度には遺伝学的にNADPP活性の重要性を明らかにするため、候補タンパク質の原因遺伝子を複数同定し、それらの単独変異体ではNADPP活性が低下せず、NADPP責任遺伝子は冗長的に複数存在する可能性を見出した。二重変異体ではNADPP活性が低下した表現を呈する結果を得ており三重変異体を作出中である。