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イネの一次葉型フェレドキシン1が光合成の電子輸送と炭素同化に関与している
Primary Leaf-type Ferredoxin1 Participates in Photosynthetic Electron Transport and Carbon Assimilation in Rice.
PMID: 32603511 DOI: 10.1111/tpj.14904.
抄録
フェレドキシン(Fd)は光合成において、電子の下流酵素への分配を制御することで重要な役割を果たしている。イネ（Oryza sativa L. ）ゲノムには複数のFd遺伝子がアノテーションされているが、その機能はよくわかっていない。本研究では、イネFd1の機能解析を行った。その結果、イネFd1は一次葉型Fdであることが明らかになった。NADPとチトクロムcを用いた電子移動アッセイにより、Fd1は光化学系I(PSI)からフェレドキシン-NADP還元酵素に電子を供与できることが示された。Fd1の機能を喪失した変異体では，3葉期にクロロシスと苗の致死性が認められた。Fd1の欠損は光合成の電子輸送を阻害し，炭素同化に影響を与えた。このことから、Fd1がイネの光合成電子輸送に重要な役割を果たしていることが示唆された。さらに、Fd1 変異体では Fd 依存遺伝子の転写レベルが影響を受けており、その傾向は fdc2 変異体で観察されたものと同様であった。これらの結果から、OsFd1はイネの光合成電子輸送と炭素同化における主要なFdであることが示唆された。
Ferredoxins (Fd) play a crucial role in photosynthesis by regulating the distribution of electrons to downstream enzymes. Multiple Fd genes have been annotated in the rice (Oryza sativa L.) genome; however, their specific functions are not well understood. Here, we report the functional characterization of rice Fd1. Sequence alignment, phylogenetic analysis of seven rice Fd proteins, and RT-qPCR analysis showed that rice Fd1 is a primary leaf-type Fd. Electron transfer assays involving NADP and cytochrome c indicated that Fd1 can donate electrons from photosystem I (PSI) to ferredoxin-NADP reductase. Loss-of-function fd1 mutants showed chlorosis and seedling lethality at the three-leaf stage. The deficiency of Fd1 impaired photosynthetic electron transport, which affected carbon assimilation. Exogenous glucose treatment partially restored the mutant phenotype, suggesting that Fd1 plays an important role in photosynthetic electron transport in rice. In addition, the transcript levels of Fd-dependent genes were affected in fd1 mutants, and the trend was similar to that observed in the fdc2 plants. Together, these results suggest that OsFd1 is the primary Fd in photosynthetic electron transport and carbon assimilation in rice.
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