| Project/Area Number |
21K19258
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 光合成 / 葉緑体 / KEA3 / Flavidiironタンパク質 / シトクロムb6f複合体 / 変動光 / 気孔 / 光化学系Ⅰ / 電子伝達 / ATP合成酵素 / プロトン駆動力 / サイクリック電子伝達 / Flv / Flavodiiron タンパク質 |
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| Outline of Research at the Start |
野外のように強度が変動する光は、光化学系Ⅰの光傷害を引き起こし、光合成の効率を下げる。被子植物は、光化学系Ⅰに流れる電子伝達に、上流のシトクロムb6f複合体でブレーキをかける戦略を選択し、裸子植物まで保存されている、過剰電子の安全弁（Flv）を失っている。本研究では、シロイヌナズナ で、シトクロムb6f複合体のブレーキを軽減し、ヒメツリガネゴケ由来のFlvを導入することで、被子植物が選ばなかった光合成電子伝達制御を行う植物を作成する。この植物の変動光における光合成を解析することで、被子植物が現在の制御系を選んだ理由を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
Under fluctuating light conditions, photosynthetic electron transport toward photosystem I is downregulated by controlling the activity of the cytochrome b6f complex. This photosynthetic control is induced by monitoring the acidification of the thylakoid lumen. The process is essential especially for angiosperms because they lacked the safety valve (Flv) of electrons functioning at the acceptor side of photosystem I. To test whether the introduction of Flv into angiosperms permits the weaker operation of photosynthetic control, resulting in the higher efficiency of photosynthesis, we combined two transgenes, Flv and KEA3ox in Arabidopsis. Flv alleviated the photodamage of photosystem I under the KEA3ox background in the fluctuating light. We also observed the Flv-dependent upregulation of CO2 fixation and plant growth. The enhanced photosynthesis mainly depended on the larger stomatal opining in the Flv background.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
光化学系Ⅰを光傷害から守るには、上流での電子伝達抑制（photosynthetic control）とFlvによる下流からの電子の吸い出しが有効である。被子植物はFlvを失い、上流での制御に依存する戦略を選んだ。本研究は、シロイヌナズナにFlvを導入し、上流のブレーキを軽減することで、光化学系Ⅰの光傷害を防ぎながら光合成の効率を上げられるかを調べた挑戦的なものである。当初の予想を超え、Flvが変動光下で、気孔の開度を上げることで、CO2固定速度と植物の生育を上昇させることを明らかにした。電子伝達と気孔の開閉のリンクの未知の部分に光を当てる、学術、応用の両面で意義ある研究である
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