Understanding the regulatory mechanism of the PGR5/PGRL1-dependent pathway by thioredoxin and its physiological significance

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K06219
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Okegawa Yuki 岡山大学, 資源植物科学研究所, 助教 (10582439)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光合成 / 葉緑体 / 光化学系Ⅰサイクリック電子伝達 / チオレドキシン / 酸化還元 / 光防御

Outline of Final Research Achievements

Excess light energy beyond plant photosynthetic capacity results in photoinhibition. Plants have various regulatory mechanisms within the chloroplast to optimize photosynthesis in response to the constantly changing light environment. Previous studies have shown that PGR5 (PROTON GRADIENT REGULATION 5)/PGRL1 (PGR5-LIKE 1)-dependent photosystem I cyclic electron transport is important for plant photoprotection under these conditions.
In this study, we analyzed the Arabidopsis mutants and found that thioredoxin proteins, which are involved in regulating various photosynthetic responses in the chloroplasts, also contribute to optimizing photosynthesis by protecting the photosynthetic apparatus under fluctuating light environment. In addition, we revealed that the thioredoxin system and photosystem I cyclic electron transport work cooperatively to maintain the redox balance within the chloroplasts.

Free Research Field

植物生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光合成に光は必要だが、強すぎる光は植物にとってストレスとなり、光合成装置にダメージを与え、光合成の能力が低下する。光合成装置である光化学系Iをこのような光傷害から守るためには上流からの電子流入の抑制、下流への電子流出の促進が重要である。本研究では、新たに光合成の様々は調節反応に関わるチオレドキシンシステムもまた植物が自然環境で経験する変動する光環境において光防御に関わることを明らかにした。チオレドキシンシステムによる光合成装置の防御機構が解明されれば、将来的に環境ストレスに強い作物の作出につながり学術的にも応用的にも意義のある研究であると言える。