シアノバクテリアフラボダイロンの導入による電子シンクの追加提供が、様々な光強度下での植物の成長を向上させる

Providing an Additional Electron Sink by the Introduction of Cyanobacterial Flavodiirons Enhances Growth of Under Various Light Intensities.

• Suresh Tula
• Fahimeh Shahinnia
• Michael Melzer
• Twan Rutten
• Rodrigo Gómez
• Anabella F Lodeyro
• Nicolaus von Wirén
• Néstor Carrillo
• Mohammad R Hajirezaei

抄録

植物が動的に変化する環境下で光合成を維持する能力は、植物の成長にとって重要である。光合成機械は、一般的にフィールドで見られるような不利な環境条件に敏感で早期に標的とされるため、光合成の効率は常に最適とは限らない。シアノバクテリア、藻類、コケ、肝臓病、裸子植物は、フラボジロンタンパク質（Flvs）を産生しており、これは血管植物には見られない電子シンクの一種である。ここでは、植物の成長を改善するために、2つのシアノバクテリアFlvsを特定する遺伝子をシアノバクテリアの葉緑体で発現させた。この遺伝子を共発現させて光利用効率を向上させると、成長光強度を上げると植物のバイオマス蓄積能力が向上することがわかった。トランスジェニックは、ATP の生産量の増加、炭水化物代謝の加速、およびスクロースのデンプンへのより顕著な分割を示した。この結果は、FlvsがPSIの下流に効率的な電子シンクを確立し、それによって中等度から高光強度で効率的な光合成電子輸送を確保することができることを示唆している。このようにFlvsの発現は光合成を保護し、ATP/NADPH比を制御する働きをしており、その存在は植物の成長力に有益である。

The ability of plants to maintain photosynthesis in a dynamically changing environment is of central importance for their growth. As the photosynthetic machinery is a sensitive and early target of adverse environmental conditions as those typically found in the field, photosynthetic efficiency is not always optimal. Cyanobacteria, algae, mosses, liverworts and gymnosperms produce flavodiiron proteins (Flvs), a class of electron sinks not represented in angiosperms; these proteins act to mitigate the photoinhibition of photosystem I under high or fluctuating light. Here, genes specifying two cyanobacterial Flvs have been expressed in the chloroplasts of in an attempt to improve plant growth. Co-expression of and enhanced the efficiency of light utilization, boosting the plant's capacity to accumulate biomass as the growth light intensity was raised. The / transgenics displayed an increased production of ATP, an acceleration of carbohydrate metabolism and a more pronounced partitioning of sucrose into starch. The results suggest that Flvs are able to establish an efficient electron sink downstream of PSI, thereby ensuring efficient photosynthetic electron transport at moderate to high light intensities. The expression of Flvs thus acts to both protect photosynthesis and to control the ATP/NADPH ratio; together, their presence is beneficial for the plant's growth potential.

Copyright © 2020 Tula, Shahinnia, Melzer, Rutten, Gómez, Lodeyro, von Wirén, Carrillo and Hajirezaei.