葉緑体のカリウム流出防止因子は、それぞれ光合成に影響を与え、短日光環境下での完全に発達したシロイヌナズナのロゼットの成長にも影響を与えている

Each of the chloroplast potassium efflux antiporters affects photosynthesis and growth of fully developed Arabidopsis rosettes under short-day photoperiod.

• Somnath Dana
• Andrei Herdean
• Björn Lundin
• Cornelia Spetea

抄録

シロイヌナズナでは、葉緑体は内包膜にあるKEA1とKEA2、チラコイド膜にあるKEA3の3つのカリウム流出防止因子(KEA)を持っている。これまでに行ったシロイヌナズナの若齢発育ロゼットの長日光環境下での解析では、葉緑体kea単体変異体は野生型とよく似ていたが、kea1kea2とkea1kea2kea3の変異体は葉緑体の発育と光合成が阻害され、生育が阻害されていたことから、これらは重複した生理的な役割を果たしている可能性がある。本研究では、短日光環境下(8時間/日)で生育したロゼットが完全に発達したシロイヌナズナの高年齢植物において、葉緑体KEAが葉緑体機能に冗長な役割を果たしているかどうかを調べることを目的とした。このような環境下で、私たちは、葉緑体KEA単独変異体では光合成と成長に障害が見られ、KEA1KEA2二重変異体では最も劇的な障害が見られることを明らかにした。これらの欠陥のメカニズムは、電子輸送速度の低下（kea1, kea3）とストマタコンダクタンスの低下（kea1, kea2, kea3）に関係しており、これらはCO固定化速度に影響を与えている。kea1kea2変異体は、これらの変化に加えて、光合成機械のレベルが低下していた。以上のことから、我々のデータは、これまでに報告されている若いロゼットの葉緑体の発達における役割に加えて、各葉緑体KEAがシロイヌナズナの完全に発達したロゼットの光合成と成長に影響を与えていることを示唆している。

In Arabidopsis thaliana, the chloroplast harbors three potassium efflux antiporters (KEAs), namely KEA1 and KEA2 in the inner envelope and KEA3 in the thylakoid membrane. They may play redundant physiological roles as in our previous analyses of young developing Arabidopsis rosettes under long-day photoperiod (16 h light per day), chloroplast kea single mutants resembled the wild-type plants, whereas kea1kea2 and kea1kea2kea3 mutants were impaired in chloroplast development and photosynthesis resulting in stunted growth. Here, we aimed to study whether chloroplast KEAs play redundant roles in chloroplast function of older Arabidopsis plants with fully developed rosettes grown under short-day photoperiod (8 h light per day). Under these conditions, we found defects in photosynthesis and growth in the chloroplast kea single mutants, and most dramatic defects in the kea1kea2 double mutant. The mechanism behind these defects in the single mutants involves reduction in the electron transport rate (kea1 and kea3), and stomata conductance (kea1, kea2 and kea3), which in turn affect CO fixation rates. The kea1kea2 mutant, in addition to these alterations, displayed reduced levels of photosynthetic machinery. Taken together, our data suggest that, in addition to the previously reported roles in chloroplast development in young rosettes, each chloroplast KEA affects photosynthesis and growth of Arabidopsis fully developed rosettes.

© 2016 Scandinavian Plant Physiology Society.