高温ストレスによる光化学系障害機構とその光依存獲得性高温耐性機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23580456
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境農学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 山内 靖雄 神戸大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (90283978)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2011年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 高温障害 / 環境ストレス / 光合成 / 高温耐性 / 高温ストレス / 高温耐性植物 / 地球温暖化

研究概要

高等植物の光化学系は高温ストレスに対して感受性を示す。しかし高温ストレス時に光が共存すると光化学系は高温耐性を示す。本研究では暗所高温条件下で光化学系が障害を受けるメカニズムと、光依存獲得性高温耐性機構の解明を目的とした。
暗所高温条件下では、光化学系が存在するチラコイド膜内の過還元状態に起因して活性酸素が生成し、光化学系II中に存在するD1タンパク質が分解されることにより、光合成機能が障害を受けることを明らかにした。また光依存性高温耐性機構は光化学系のステート遷移が関わっていることを明らかにした。遺伝子解析については従来法では難しかったため、今後次世代ジーケンス解析を用いた解析が必要である。

研究成果

• [雑誌論文] Photosynthetic capacity and stomatal response of root hemi-parasite Striga hermonthica and sorghum under short-term soil water stress (2013)
  • 著者名/発表者名: Inoue, T., Yamauchi, Y., Amani Aamed Eltyeb, Samejima, H., Abdel Gabar Eltaybe Babiker, Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Biologia Plantarum 巻: 57 (4) ページ: 773-777
• [雑誌論文] Photosynthetic capacity and stomatal response of root hemi-parasite Striga hermonthica and sorghum under short-term soil water stress, (2013)
  • 著者名/発表者名: Inoue, T., Yamauchi, Y., Amani Aamed Eltyeb, Samejima, H., Abdel Gabar Eltaybe Babiker, Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Biologia Plantarum 巻: 57 ページ: 773-777
  • 査読あり
• [雑誌論文] Damage to photosystem II due to heat stress without light-driven electron flow : involvement of enhanced introduction of reducing power into thylakoid membranes (2012)
  • 著者名/発表者名: Marutani, Y., Yamauchi, Y., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Planta 巻: 236 ページ: 753-761
• [雑誌論文] Chroloplastic NADPH-dependent alkenal/one oxidoreductase contributes to the detoxification of reactive carbonyls produced under oxidative stress (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Hasegawa, A., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 586 ページ: 1208-1213
• [雑誌論文] Role of acylamino acid-releasing enzyme/oxidized protein hydrolase in sustaining homeostasis of the cytoplasmic antioxidative system (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakai. A., Yamauchi, Y., Sumi, S., Tanaka, K.
  • 雑誌名: Planta 巻: 236 ページ: 427-436
• [雑誌論文] Function of extrinsic proteins on stabilization of photosynthetic oxygen-evolving complex (2012)
  • 著者名/発表者名: Yong, L., Kimura, Y., Ohno, T., Yamauchi, Y.
  • 雑誌名: Molecular Photochemistry 巻: 6 ページ: 109-124
• [雑誌論文] Damage to photosystem II due to heat stress without light-driven electron flow: involvement of enhanced introduction of reducing power into thylakoid membranes. (2012)
  • 著者名/発表者名: Marutani, Y., Yamauchi, Y., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Planta 巻: 236 号: 2 ページ: 753-761
  • DOI: 10.1007/s00425-012-1647-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] chroloplastic NADPH-dependent alkenal/one oxidoreductase contributes to the detoxification of reactive carbonyls produced under oxidative stress. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Hasegawa, A., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 586 ページ: 1208-1213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chroloplastic NADPH-dependent alkenal/one oxidoreductase contributes to the detoxification of reactive carbonyls produced under oxidative stress. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Hasegawa, A., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 586 ページ: 1208-1213
• [雑誌論文] Role of acylamino acid-releasing enzyme/oxidized protein hydrolase in sustaining homeostasis of the cytoplasmic antioxidative system. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakai. A., *Yamauchi, Y., Sumi, S., Tanaka, K.
  • 雑誌名: Planta 巻: Available online ページ: 1-9
• [雑誌論文] Function of extrinsic proteins on stabilization of photosynthetic oxygen-evolving complex. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yong, L., Kimura, Y., Ohno, T., Yamauchi, Y.
  • 雑誌名: Molecular Photochemistry 巻: 6 ページ: 109-124
• [雑誌論文] NADPH-dependent reductases involved in the detoxification of reactive carbonyls in plants (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Hasegawa, A., Taninaka, A., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 286 ページ: 6999-7009
• [雑誌論文] Photosystem at high temperature : Mechnisms of adaptation and damage. In Photochemistry : UV/VIS Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Kimura, Y.
  • 雑誌名: Photochemical Reactions and Photosynthesis (Eds Maes, K.J. and Wilems, J.M.), NOVA Publishers
• [雑誌論文] Plants switch photosystem at high temperature to protect photosystem II (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Marutani, Y., Akimoto, S., Kimura, Y., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Nature Procedings
• [雑誌論文] Effect of protein modification by malondialdehyde on the interaction between oxygen-evolving complex 33 kDa protein and photosystem II core proteins (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Planta 巻: 231 ページ: 1077-1088
• [雑誌論文] Conversion of dechlorodauricumine into miharumine by a cell-free preparation from cultured roots of Menispermum dauricum (2009)
  • 著者名/発表者名: Hori, R., Sugimoto, G., Matsui, M., Yamauchi, Y., Takikawa, H., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 73 ページ: 440-442
  • NAID: 10027537802
• [学会発表] 環境ストレス応答シグナル分子として機能する活性カルボニル〜反応性短鎖揮発性化合物〜 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山内靖雄
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] 高温ストレスを受けたコムギの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 (2013)
  • 著者名/発表者名: 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(
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] シロイヌナズナ由来葉緑体局在Lonプロテアーゼの異種発現と酵素学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 國嶋幹子、山内靖雄、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西・中四国・西日本合同大会
• [学会発表] D1 protein is degraded in heat-stressed plants in the dark, presumably due to electron inflow of the stromal reducing power into the plastoquinone (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Marutani, Y. Yamauchi, Y. Kimura, M. Mizutani, Y. Sugimoto
  • 学会等名: 10^<th> International Congress on Plant Molecular Biology
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] コウモリカズラにおける含塩素イソキノリンアルカロイド生合成中間体の同定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宅間悠紀,巳浪真輝,中嶌瞳,山内靖雄,水谷正治,滝川浩郷,杉本幸裕
  • 学会等名: 日本植物細胞分子学会
• [学会発表] 高温ストレスを受けた植物がステート遷移によりPSIIを保護するメカニズムの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 丸谷曜子、山内靖雄、秋本誠志、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] 高温ストレスを受けたコムギにおいてステート遷移により移動するLHCIIタンパク質の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 丸谷曜子、山内靖雄、秋本誠志、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部例会
• [学会発表] 植物が光化学系の高温障害を回避するメカニズムの解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 丸谷曜子、山内靖雄、秋本誠志、木村行宏、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 日本農芸化学会西支部中部支部合同大会
• [学会発表] キュウリ葉のα,β-不飽和カルボニル化合物還元酵素遺伝子の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 長谷川綾香、山内靖雄、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
• [学会発表] 環境ストレス応答シグナル分子として機能する活性カルボニル～反応性短鎖揮発性化合物～
  • 著者名/発表者名: 山内靖雄
  • 学会等名: 日本植物生理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 招待講演
• [学会発表] 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構成：熱放散とステート遷移の誘導
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本植物生理学会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] Remodeling of photosystems to induce thermal dissipation and state transition accompanied by structural changes of thylakoid membranes in heat-stressed wheat
  • 著者名/発表者名: Yoko Marutani, Yasuo Yamauchi, Seiji Akimoto, Kanako Inoue, Kenichi Ikeda, Masaharu Mizutani and Yukihiro Sugimoto
  • 学会等名: The 6th Asia and Oceania Conference on Photobiology
  • 発表場所: Australia
• [図書] Photosystem at high temperature: Mechnisms of adaptation and damage. Photochemistry: UV/VIS Spectroscopy, Photochemical Reactions and Photosynthesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, Y., Kimura
  • 出版者: NOVA Publishers
• [産業財産権] 植物の高温耐性誘導剤および高温耐性誘導方法 (2010)
  • 発明者名: 山内靖雄
  • 権利者名: 山内靖雄
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2010-020852
  • 出願年月日: 2010-02-02
  • 外国