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2023 Fiscal Year Research-status Report

光合成電子伝達系の構築過程における葉緑体リン脂質PGの役割

Research Project

Project/Area Number 23KJ1853
Research InstitutionOsaka Metropolitan University

Principal Investigator

吉原 晶子  大阪公立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-04-25 – 2026-03-31
Keywords葉緑体 / 膜脂質 / 光合成 / リン脂質 / 酸性脂質 / シロイヌナズナ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、植物が光合成を始めるまでの過程における葉緑体リン脂質PGの役割や、PGと同じく酸性脂質であるSQDGの役割、さらにPGとSQDGの機能的関係性について明らかにすることを目的とする。本年度は特に、植物が光合成を始めるまでの光合成関連遺伝子の発現上昇におけるPGやSQDGの重要性および機能的関係性を中心に調べた。具体的には、シロイヌナズナのPG合成酵素の活性低下によりPG含量がわずかに減少したpgp1-1変異体、SQDG合成酵素の欠損によりSQDGを完全に欠損したsqd1変異体、およびsqd1 pgp1-1二重変異体を用いて、定量的RT-PCR法により光合成関連遺伝子の発現解析を行った。その結果、pgp1-1やsqd1単独変異体では、野生株同様に光合成関連遺伝子の発現が上昇したが、sqd1 pgp1-1二重変異体では強く抑制された。したがって、光合成を始めるまでの光合成関連遺伝子の発現は、PGのわずかな減少またはSQDGの完全欠損では影響を受けないが、それらが合併すると極めて強く抑制されることが明らかとなり、光合成関連遺伝子の発現においてPGとSQDGが機能的に相補することが示唆された。葉緑体チラコイド膜の脂質総量に占めるPGとSQDGの合計量は約20%にすぎないが、これらの酸性脂質の総量の維持が光合成を開始するための遺伝子発現に極めて重要であることが見出された。
次に、光合成電子伝達反応の開始のタイミングや、その間のクロロフィル蓄積への影響について解析したところ、pgp1-1では光合成電子伝達反応の開始が遅くなり、クロロフィル蓄積が低下していた。光合成電子伝達に関わるタンパク質やクロロフィル合成系の酵素をコードする遺伝子の発現は、pgp1-1において抑制されていなかったことから、転写発現よりも下流のタンパク質の蓄積や機能にPGが必要である可能性が示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、植物が光合成を開始するために必要な遺伝子発現に、PGとSQDGの総量の維持が極めて重要であることを明らかにすることができ、年度目標を概ね達成できた。さらに、遺伝子発現以外の解析も進めることで、光合成電子伝達反応の開始やその間のクロロフィル蓄積にPGが必要であることを見出せた。

Strategy for Future Research Activity

(1)PGのわずかな減少による光合成電子伝達反応の開始への影響について、予備実験では開始が速くなる傾向が見られていたが、本年度の解析では遅くなる傾向がみられた。今後さらに、パルス振幅変調クロロフィル蛍光法の感度を向上させて再度解析することで、光合成電子伝達反応の開始へのPGの関与について明らかにする。また、このときの電子伝達複合体の状態を調べるために、単離チラコイド膜の低温蛍光スペクトル解析や、非変性タンパク質電気泳動法による複合体解析を行う。
(2)PGのわずかな減少によるクロロフィルの蓄積低下の原因について着目し、クロロフィル合成におけるPGの機能の解明を目指す。先行研究にて、PGがクロロフィル合成経路の酵素の一つであるMgキラターゼの活性に必要である可能性が示唆されたため、再構成したMgキラターゼを用いて検証する。

  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] エチオプラスト内膜系における酸性脂質の役割2024

    • Author(s)
      吉原晶子、小林啓子、永田典子、藤井祥、和田元、小林康一
    • Journal Title

      光合成研究

      Volume: 34 Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Anionic lipids facilitate membrane development and protochlorophyllide biosynthesis in etioplasts2023

    • Author(s)
      Yoshihara Akiko、Kobayashi Keiko、Nagata Noriko、Fujii Sho、Wada Hajime、Kobayashi Koichi
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 194 Pages: 1692~1704

    • DOI

      10.1093/plphys/kiad604

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 葉緑体形成における色素体リン脂質PGの役割の解明2023

    • Author(s)
      吉原晶子、小林啓子、永田典子、小林康一
    • Organizer
      第13回日本光合成学会年会
  • [Presentation] エチオプラスト-葉緑体分化における色素体酸性脂質PG, SQDGの役割2023

    • Author(s)
      吉原晶子、小林啓子、永田典子、小林康一
    • Organizer
      第23回日本光生物学協会年会
  • [Presentation] 色素体酸性脂質PG, SQDGはエチオプラスト-葉緑体分化時に重要な役割を担う2023

    • Author(s)
      吉原晶子、小林啓子、永田典子、小林康一
    • Organizer
      第35回日本植物脂質シンポジウム
  • [Presentation] 葉緑体形成における酸性リン脂質PGと酸性糖脂質SQDGの関係2023

    • Author(s)
      吉原晶子、小林啓子、永田典子、小林康一
    • Organizer
      第87回日本植物学会年会
  • [Presentation] Roles of plastid phospholipid PG and sulfolipid SQDG in etioplast development and de-etiolation of Arabidopsis thaliana.2023

    • Author(s)
      Yoshihara Akiko, Kobayashi Keiko, Nagata Noriko, Fujii Sho, Wada Hajime, Kobayashi Koichi
    • Organizer
      The 15th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organism
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Plastid anionic lipids PG and SQDG are important for etioplast development and de-etiolation of Arabidopsis thaliana.2023

    • Author(s)
      Yoshihara Akiko, Kobayashi Keiko, Nagata Noriko, Fujii Sho, Wada Hajime, Kobayashi Koichi
    • Organizer
      The 9th Asian-Oceanian symposium on plant lipids
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Plastid phospholipid PG and sulfolipid SQDG are required for etioplast development and de-etiolation of Arabidopsis thaliana.2023

    • Author(s)
      Yoshihara Akiko, Kobayashi Keiko, Nagata Noriko, Fujii Sho, Wada Hajime, Kobayashi Koichi
    • Organizer
      IRN France-Japan Frontiers in Plant Biology
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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