周期的電子流はトマト葉の高温下での線形電子流と活性酸素種を調節する

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Plant Sci..2020 Mar;292:110387. S0168-9452(19)31560-2. doi: 10.1016/j.plantsci.2019.110387.Epub 2019-12-24.

周期的電子流はトマト葉の高温下での線形電子流と活性酸素種を調節する

Cyclic electron flow modulate the linear electron flow and reactive oxygen species in tomato leaves under high temperature.

Jiazhi Lu
Zepeng Yin
Tao Lu
Xiaolong Yang
Feng Wang
Mingfang Qi
Tianlai Li
Yufeng Liu

PMID: 32005392 DOI: 10.1016/j.plantsci.2019.110387.

抄録

光化学系I(PSI)を中心とした環状電子流(CEF)は光合成に重要な役割を果たしており、植物の環境ストレス耐性にも機能している。しかし、トマトの高温環境下におけるPGR5/PGRL1-およびNDH依存性CEFの役割については、あまり理解されていない。ここでは、PGR5/PGRL1-およびNDH依存性CEFの化学的阻害剤であるアンチマイシンA(AA)およびロテノン(R)を用いて、高温下のトマト葉におけるこれらの経路の光保護効果を評価した。その結果、AA処理はR処理と比較して、HT下で有意に大きなCEF阻害効果を示した。さらに、AA処理は、最大光化学効率(F/F)の低下が大きく、光化学系II(PSII)のドナー側とアクセプター側の損傷が増加したが、PSIIにおけるアクセプター側の制限[Y(NA)]は有意に増加した。また、サイラコイド膜の完全性が損なわれ、活性酸素、プロトン勾配（ΔpH）、抗酸化酵素活性、光化学系コアサブユニット遺伝子の発現がAA処理下で有意に低下した。これらの知見は、PGR5/PGRL1依存性CEFが、チラコイド膜の完全性と光化学系コアコンポーネントの遺伝子発現レベルを正常に維持しながら、ΔpHの形成を介してPSIIとPSIを光酸化損傷から保護していることを示している。本研究では、PGR5/PGRL1依存性CEFがトマトの高温応答に重要な役割を果たしていることを明らかにした。

The cyclic electron flow (CEF) around photosystem I (PSI) plays a crucial role in photosynthesis and also functions in plant tolerance of abiotic environmental stress. However, the role of PGR5/PGRL1- and NDH-dependent CEF in tomato under hightemperature (HT) is poorly understood. Here, we assessed the photoprotective effect of these pathways in tomato leaves under HT by using antimycin A (AA) and rotenone (R), which are chemical inhibitors of PGR5/PGRL1- and NDH-dependent CEF, respectively. The results showed that AA treatment caused significantly greater inhibition of CEF under HT compared to R treatment. Moreover, AA treatment caused a greater decrease in maximal photochemistry efficiency (F/F) and increased damage to the donor and acceptor side of photosystem II (PSII); however, the limitation of the acceptor side in PSI [Y(NA)] was significantly increased. In addition, thylakoid membrane integrity was compromised and reactive oxygen species, proton gradient (ΔpH), antioxidant enzyme activity, and the expression of photosystem core subunit genes were significantly decreased under AA treatment. These findings indicate that PGR5/PGRL1-dependent CEF protects PSII and PSI from photooxidative damage through the formation of ΔpH while maintaining thylakoid membrane integrity and normal gene expression levels of core photosystem components. This study demonstrates that PGR5/PGRL1-dependent CEF plays a major role in HT response in tomato.