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2022 年度 実績報告書

光合成における遠赤色光の役割:光化学系Iの駆動を介した新しい光合成調節機構

研究課題

研究課題/領域番号 21K15118
研究機関東京大学

研究代表者

河野 優  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (40838265)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワード光合成 / 遠赤色光 / 変動光 / プロトン駆動力 / 陸上植物
研究実績の概要

申請研究では、「光合成を直接は駆動しない700 - 750 nmの遠赤色光が光化学系Iを駆動することで、強光と弱光を繰り返す変動光から光化学系Iを保護するだけでなく、プロトン駆動力を調節し光合成を促進する」という仮説を検証した。強光→弱光シフトにより、光合成速度は急激に低下するが、光合成励起光に加え遠赤色補光があると、ない場合にくらべて光合成速度が高くなった。このメカニズムには、光合成チラコイド膜に局在しK+ / H+交換体として提唱されているKEA3が関与していることを明らかにした。遠赤色光があることで、KEA3を介したチラコイド膜ストロマ側へのH+排出によりプロトン濃度勾配を小さくし、光化学系保護機構である熱散逸系の駆動解除を速めたことが光合成増大につながった。KEA3は、弱光シフト後の120秒間の光合成増大に寄与した。一方で、強光→弱光シフトの120秒以降には、光化学系IIの光捕集アンテナのリン酸化酵素STN7が関与していた。
今後は、遠赤色光によるイオン輸送体KEA3活性化機構の解明に取り組む。KEA3は色素を持たないため、光を吸収することはできない。光合成励起光は当然に光化学系Iを励起できるが、遠赤色光が共存するときにのみKEA3の活性が大きくなる。現在、変異体や色々な阻害剤、イオノフォアを使った実験から、遠赤色光はK+やCl-を協調的に動かして、膜内外の膜電位やプロトン勾配、ひいてはプロトン駆動力を調節している可能性がみえてきた。
これまでの光合成研究では、遠赤色光の存在はほとんど無視されてきた。申請者は「遠赤色光による光合成機能の調節学」を推進してきた。本申請研究の成果により「光合成駆動光の再考」という光合成基礎研究における極めて重要なテーマを提示できた。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Loss of peroxisomal NAD kinase 3 (NADK3) affects photorespiration metabolism in Arabidopsis.2023

    • 著者名/発表者名
      1.Shota Suzuki, Daimu Tanaka, Atsuko Miyagi, Kentaro Takahara, Masaru Kono, Chaomurilege, Ko Noguchi, Toshiki Ishikawa, Minoru Nagano, Maki Kawai-Yamada
    • 雑誌名

      Journal of Plant Physiology

      巻: 283 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.jplph.2023.153950

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of high irradiance and low water-temperature on photoinhibition and repair of photosystems in Marimo (Aegagropila linnaei) in Lake Akan, Japan.2023

    • 著者名/発表者名
      2.Akina Obara, Mari Ogawa, Yoichi Oyama, Yoshihiro Suzuki, Masaru Kono
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 24 ページ: 1-17

    • DOI

      10.3390/ijms24010060

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mixed population hypothesis of the active and inactive PSII complexes opens a new door for photoinhibition and fluorescence studies: An ecophysiological perspective.2022

    • 著者名/発表者名
      3.Masaru Kono*, Kazunori Miyata, Sae Matsuzawa, Takaya Noguchi, Riichi Oguchi, Yoshihiro Suzuki, Ichiro Terashima
    • 雑誌名

      Functional Plant Biology

      巻: 49 ページ: 917-925

    • DOI

      10.1071/FP21355

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Green Tea Catechins, Catechin Gallate, and Gallocatechin Gallate are Potent Inhibitors of ABA-Induced Stomatal Closure.2022

    • 著者名/発表者名
      4.Kanane Sato, Shunya Saito, Kohsuke Endo, Masaru Kono, Taishin Kakei, Haruka Taketa, Megumi Kato, Shin Hamamoto, Matteo Grenzi, Alex Costa, Shintaro Munemasa, Yoshiyuki Murata, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 9 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1002/advs.202201403

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Photoinhibition of PSI and PSII in Nature and in the Laboratory: Ecological approaches.2022

    • 著者名/発表者名
      Masaru Kono, Riichi Oguchi, Ichiro Terashima
    • 雑誌名

      Progress in Botany.

      巻: - ページ: 1-52

    • DOI

      10.1007/124_2022_67

    • 査読あり
  • [学会発表] 遠赤色光による光合成促進機構:チラコイド膜を用いた解析2023

    • 著者名/発表者名
      河野優, 寺島一郎
    • 学会等名
      日本植物生理学会第64回大会
  • [学会発表] チラコイド膜反応系におよぼす遠赤光の効果:生化学的解析2023

    • 著者名/発表者名
      寺島一郎,河野優
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 光強度が頻繁に変化する光環境下での光合成応答に果たす遠赤色光の役割2023

    • 著者名/発表者名
      河野優, 寺島一郎
    • 学会等名
      日本生態学会第70回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 結氷消失による低温・強光環境が阿寒湖のマリモ光合成系に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      小原晶奈,小川麻里,尾山洋一,鈴木祥弘,河野優
    • 学会等名
      日本藻類学会第 47 回大会
  • [学会発表] 野外変動光下での光合成における遠赤色光の役割2022

    • 著者名/発表者名
      河野優, 寺島一郎
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会

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公開日: 2023-12-25  

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