一年草の砂漠ハロファイト（Kranz Anatomy）における非典型的なC生理的特徴を持つC系の発達的増強

The Developmental Enhancement of a C System With Non-Typical C Physiological Characteristics in (Kranz Anatomy), an Annual Desert Halophyte.

• Yanxia Liu
• Tayier Maimaitijiang
• Jinghua Zhang
• Yali Ma
• Haiyan Lan

抄録

異なる組織や細胞における光合成構造の変化は、生理学、生化学、遺伝子発現などの様々な側面での変化と協調している。ほとんどのC植物種は光合成系の発達的強化を受けており、解剖学と生理学・生化学の間で異なる変化様式を示す可能性がある。本研究では、光合成(PS)構造の発達、PS生理機能、PS酵素の誘導、PS遺伝子の転写・翻訳制御などが進行しているクランツ型C種を調べた結果、子葉ではC型の解剖学的構造を示し、子葉ではC型、葉ではC/L型の解剖学的構造を示した。BS細胞は、葉の解剖学的構造において、血管束と水貯蔵細胞を連続的に取り囲んでいた。このことから，C同化経路には光合成系の分化完了が必要であることが示唆された。また、光合成生理学とは異なる特徴（δC値がより柔軟であること、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）活性がより低いこと、刺激に対する反応が鈍いことなど）を示した。このことは、光合成経路の進化過程において、この2種が異なる地位にあることを示唆しているのではないかと推測されます。今回の知見は、クランツ型C種の光合成系の多様性と属の理解のさらなる進展に寄与するものと考えられる。

Variations of photosynthetic structures in different tissues or cells are in coordination with changes in various aspects, e.g. physiology, biochemistry, gene expression, etc. Most C plant species undergo developmental enhancement of the photosynthetic system, which may present different modes of changes between anatomy and physiology/biochemistry. In the current study, we investigated a Kranz-type C species with the progressive development of photosynthetic (PS) structure, performance of PS physiology, induction of PS enzymes, and transcriptional and translational regulation of PS genes, results revealed that presented C type anatomy in cotyledons but C type in leaves (C/L), with the C system separation of initial carbon fixation in the palisade mesophyll (M) cells and the following incorporation into triosephosphates and sugars in the bundle sheath (BS) cells, respectively. The BS cells continuously surrounded the vascular bundles and water storage cells in leaf anatomic structure. Compared to the single-cell C species , exhibited similar developmental enhancement of C syndrome temporally and spatially in anatomic structures, enzyme activities, and gene expression, which suggests that completion of differentiation of the photosynthetic system is necessary for a C assimilation pathway. Besides, also displayed some different characteristics compared to in photosynthetic physiology, e.g. a more flexible δC value, much lower phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) activity, and an insensitive response to stimuli, etc., which were not typical C characteristics. We speculate that this may suggest a different status of these two species in the evolutionary process of the photosynthesis pathway. Our findings will contribute to further understanding of the diversity of photosynthesis systems in Kranz-type C species and the genus.

Copyright © 2020 Liu, Maimaitijiang, Zhang, Ma and Lan.