Role of far-red light in photosynthesis: A new mechanism of photosynthesis regulation via driving photosystem I

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K15118
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kono Masaru 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (40838265)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光合成 / 変動光 / 遠赤色光 / 緑色植物 / 電子伝達系 / プロトン駆動力 / 循環的電子伝達経路 / イオン輸送体

Outline of Final Research Achievements

When the photosynthetic actinic light shifts from high light to low light, the photosynthetic rate drops sharply. We clarified that KEA3, which is localized in the thylakoid membrane in chloroplast and proposed as a K+/H+ exchanger, is involved in this mechanism. The presence of far-red light (700 - 750 nm) reduced the proton concentration gradient across the thylakoid membrane by releasing H+ to the stroma side of the thylakoid membrane via KEA3, and accelerated the release of the heat dissipation system, which is the photoprotective mechanism in the photosystem II antenna, leading to increased photosynthesis. KEA3 contributed to enhancement of photosynthesis for 120 seconds upon teh transition from high- to low-light.

Free Research Field

植物生理生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

「光合成を駆動しない遠赤色光が光合成機能を最適化する。そして、この効果は野外の自然光環境のような光強度が激しく変動する条件下で最も機能する」、という光合成における遠赤色光の意義の解明は、変動光分野だけでなく、光合成研究における先導的な結果を与えるものと考えている。また、野外植物が自然光下で行う真の光環境応答を知る上での手がかりになる重要な研究であるとも位置づけられる。
実験室内で行う植物の光に対する応答、特に光合成を扱う分野における“光の扱い方”に、より焦点があてられるようになるはずである。