高温ストレスを受けた植物において誘導されるステート遷移の役割とその分子機構の解析

• Project/Area Number: 13J01843
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Boundary agriculture
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 丸谷 曜子 神戸大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 高温ストレス / ステート遷移 / 光化学系 / チラコイド膜 / コムギ / リン酸化

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、環境の変化により引き起こされるステート遷移の分子機構の解明に取り組んだ。当初の計画では高等植物のステート遷移が藻類と類似していると想定して実験を立案したが、進捗に伴い藻類との差異が明らかとなってきたため、得られた結果に基づき計画を適宜変更して研究を進めた。その結果、陸上で生育する高等植物と水中で生育する藻類のステート遷移の機構の違いを明らかにし、高等植物のステート遷移にはより強い光環境で生育するための効率的な光合成と高温ストレスからの光化学系の回避という生理的意義があると結論して投稿論文を取りまとめた。
課題1) ステート遷移や熱放散を欠失したアラビドプシスの変異体（stn7; STN7キナーゼ欠損変異体、stn8; STN8キナーゼ欠損変異体、npq4-1; 熱放散欠失変異体）では高温耐性が低下することを期待して、明所40℃におけるPSII活性測定を行ったが、野生株との顕著な違いは見られなかった。単独の変異体では、欠失していない方の表現型が補うことにより高温障害を回避する可能性が考えられた。
課題2 及び課題4) BN-PAGEと2次元SDS-PAGEにより同定したPSI-LHCII複合体のリン酸化状態をイムノブロットにより調べたところ、リン酸化されたLhcb1とLhcb2が結合していた。ステート遷移の研究が進んでいる緑藻においてPSI-LHCIIの形成に必須であるCP29やCP26は、コムギのPSI-LHCII複合体からは検出されなかったことから、緑藻類と高等植物ではPSI-LHCII複合体の構成成分及び形成メカニズムが異なることが示唆された。
当初に挙げた課題以外の進展）これまでに報告された光変動誘導性ステート2と本研究で示された高温誘導性ステート2の違いを明らかにするために、光・温度条件の変化がステート2の誘導に与える影響を調べた。その結果、明所25℃ではリニア電子伝達を促進するステート2である一方、明所40℃ではサイクリック電子伝達優勢のステート2であることが分かった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Regulation of photochemical energy transfer accompanied by structural changes in thylakoid membranes of heat-stressed wheat. (2014)
  • Author(s): Marutani,Y., Yamauchi,Y., Miyoshi,A., Inoue,K., Ikeda,K., Mizutani,M., Sugimoto,Y
  • Journal Title: International Journal of Molecular Science Volume: 15 Issue: 12 Pages: 23042-23058
  • DOI: 10.3390/ijms151223042
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 明所高温条件で誘導されるステート2によるPSII障害回避機構の解析 (2015)
  • Author(s): 丸谷曜子、山内靖雄、東山真理、秋本誠志、井上加奈子、池田健一、水谷正治、杉本幸裕
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] 明所高温下で誘導されるステート2がPSIIを高温障害から保護する (2014)
  • Author(s): 丸谷曜子、山内靖雄、秋本誠志、井上加奈子、池田健一、水谷正治、杉本幸裕
  • Organizer: 神戸大学若手フロンティア研究会2014
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2014-12-25
• [Presentation] 高温ストレスを受けた植物が明条件でPSII障害を回避するメカニズムの解析 (2014)
  • Author(s): 丸谷曜子、山内靖雄、東山真理、秋本誠志、井上加奈子、池田健一、水谷正治、杉本幸裕
  • Organizer: 日本光合成学会若手の会第11回セミナー
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこくさつキャンパス（滋賀県草津市）
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-07
• [Presentation] 光・温度条件の変化により形成されるPSI-LHCII超複合体の解析 (2014)
  • Author(s): 丸谷曜子、山内靖雄、井上加奈子、池田健一、水谷正治、杉本幸裕
  • Organizer: 日本農芸化学会創立90周年記念大会
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学（奈良県生駒市）
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-20
• [Presentation] コムギの光化学系における高温耐性機構の解析：ステート遷移の誘導と超高速励起型PSI-LHCII複合体の形成 (2014)
  • Author(s): 丸谷曜子、山内靖雄、秋本誠志、井上加奈子、池田健一、水谷正治、杉本幸裕
  • Organizer: 第5回日本光合成学会年会
  • Place of Presentation: 近畿大学農学部（奈良県奈良市）
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Presentation] 高温ストレスを受けたコムギにおけるチラコイド膜の構造変化を伴う光化学系の再編成 : 熱放散とステート遷移の誘導 (2014)
  • Author(s): 丸谷 曜子
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
  • Year and Date: 2014-03-18
• [Presentation] 高温環境で誘導される可逆的なチラコイド膜構造変化機構の解明 (2013)
  • Author(s): 三好晨仁
  • Organizer: 若手フロンティア研究会2013
  • Place of Presentation: 神戸大学(兵庫県)
  • Year and Date: 2013-12-25
• [Presentation] Remodeling of photosystems to induce thermal dissipation and state transition accompanied by structural changes of thylakoid membranes in heat-stressed wheat (2013)
  • Author(s): Yoko Marutani
  • Organizer: The 6^<th> Asia & Oceania Conference on Photobiolo
  • Place of Presentation: Novotel Svdnev Central Hotel(オーストラリア)
  • Year and Date: 2013-11-12