2016 Fiscal Year Annual Research Report
Physiological role of cyclic electron transport around photosystem I in C4 photosynthesis
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26450122
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
遠藤 剛 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (90201962)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 循環的電子伝達 / 光化学系I / フラベリア / C４光合成 / ATP生成 / 光・酸化的ストレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
C４フラベリア（F.bidentis)の光合成循環的電子伝達に必須な葉緑体NADPHデヒドロゲナーゼ(NDH)複合体サブユニット遺伝子ndhNの発現抑制株を用いて、NDH循環的電子伝達のC4光合成での役割を解析した。様々な光環境で野生型と形質転換株を栽培し。光合成特性と生育を比較した。生化学的解析としては電子伝達系の主要構成成分である光化学系IIとI, NDH複合体、PGR５複合体、炭酸固定系のRubiscoとPEPについてwestern解析によるタンパク量の比較を行ったところ、NDHを除いて、他に差はなかった。一方で、弱光下ではNDH発現抑制株は著しい生育低下を示し、NDHによるATP生成が、生育を律速することを示唆する結果が得られた。また、屋外の変動する光環境下でもNDH発現抑制株は顕著な生育低下を示した。これは、すべての条件で生育に差がないC3植物のNDH欠損株とは対照的な結果であり、C４光合成でのNDH循環的電子伝達のATP生成への寄与が大きいという、作業仮説を証明できたと考える。
C３植物のNDH欠損株では、乾燥、高温、低温、強光等の光酸化的ストレス下でのみ、光阻害等の障害が観察されたので、C４植物でも同様な条件での障害の有無を調べた。強光の繰り返し照射を行ったところ、光化学系IIでは、NDHの影響は見られなかったが、光化学系Iで最大酸化レベルが野生型株よりも顕著に低下した。この結果はC3植物でのNDH欠損株と同様でNDHが光化学系I周辺の電子伝達に大きな影響を与えることを示唆している。
これらの結果をまとめると、C4光合成でもNDH循環的電子伝達の生理的役割は、C３光合成に比べて格段に重要であり、これはATP要求性が高いC4植物の進化に伴って、発現レベルが上昇したものと考えらて、C4光合成の進化は炭素固定経路の代謝的進化だけではなく、ATP生成を促進する電子伝達系の進化も同時進行で起きたことを示唆している。
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[Journal Article] NDH-mediated cyclic electron flow around photosystem I is crucial for C4 photosynthesis.2016
Author(s)
Ishikawa, N., Takabayashi, A., Noguchi, K., Tazoe, Y., Yamamoto, H., von Caemmerer, S., Sato, F. and Endo, T.
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Journal Title
Plant Cell Physiol.
Volume: 57
Pages: 2020-2028
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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