トマトにおける脂肪酸デサチュラーゼ7の機能喪失は、光合成炭素固定化効率を向上させる

Loss of Function of Fatty Acid Desaturase 7 in Tomato Enhances Photosynthetic Carbon Fixation Efficiency.

• Janithri S Wickramanayake
• Josue A Goss
• Min Zou
• Fiona L Goggin

抄録

脂肪酸デサチュラーゼ 7（FAD7）は、葉緑体膜の脱飽和を促進する多価不飽和脂肪酸を生成し、植物の成長、発達、一次代謝に影響を与える植物ホルモンであるジャスモン酸（JA）の合成に不可欠な前駆体を提供する。本研究では、トマトの成長、形態学、光合成形質に及ぼす影響を調べた。突然変異体は野生型に比べてストマタの密度が低いが、ストマタコンダクタンス、蒸散速度、細胞内 CO レベルは同等であった。また、驚くべきことに、低照度下（220μmol m s）では野生型植物よりもクロロフィルのレベルが低いにもかかわらず、ここで試験した光強度（220 または 440μmol m s）では、野生型植物よりも有意に高い炭素同化（A）とPSIIの最大量子効率（F/F）を有していた。さらに、CO応答曲線は、野生型植物に比べて高いルビスコ活性(V)を示し、リブロース-1,5-ビスフォスフェート(J)の再生に用いられる電子輸送の最大速度が向上していることを示した。これらのデータは、FAD7の機能を喪失することで、光合成における光依存性反応と光に依存しない反応の両方の効率を高めることができることを示している。これと一致するように、この突然変異体では、葉数が大幅に増加し、よりコンパクトな生育習慣を持つようになりました。これとは対照的に、JA 合成が障害された別のトマト突然変異体（ ）では、生育や光合成効率の向上は見られなかった。これらのデータは、FAD7の機能喪失が葉緑体膜への影響を介して光合成と成長を促進することを示している。

Fatty Acid Desaturase 7 (FAD7) generates polyunsaturated fatty acids, promoting the desaturation of chloroplast membranes; it also provides an essential precursor for the synthesis of jasmonic acid (JA), a phytohormone that can influence plant growth, development, and primary metabolism. This study examined the effects of , a null mutation in , on the growth, morphology, and photosynthetic traits of tomato, . Although the mutant had a lower density of stomata than wild type plants, the two genotypes had comparable stomatal conductance, transpiration rates, and intracellular CO levels; in addition, had significantly thinner leaf blades, which may help maintain normal levels of CO diffusion despite the lower number of stomata. Surprisingly, also had significantly higher carbon assimilation (A) and maximum quantum efficiency of PSII (F/F) than wild type plants at both of the light intensities tested here (220 or 440 µmol m s), despite having lower levels of chlorophyll than wild type plants under low light (220 µmol m s). Furthermore, CO response curves indicated higher Rubisco activity (V) in compared to wild type plants, as well as an enhanced maximum rate of electron transport used in the regeneration of ribulose-1,5-bisphosphate (J). These data indicate that loss of function of FAD7 can enhance the efficiency of both light-dependent and light-independent reactions in photosynthesis. Consistent with this, the mutant also displayed enhanced growth, with significantly more leaves and a more compact growth habit. In contrast to , another tomato mutant impaired in JA synthesis () showed no enhancements in growth or photosynthetic efficiency, suggesting that the enhancements observed in are independent of the effects of this mutation on JA synthesis. These data demonstrate that loss of function of FAD7 can enhance photosynthesis and growth, potentially through its impacts on the chloroplast membranes.

Copyright © 2020 Wickramanayake, Goss, Zou and Goggin.