抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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[目的]リボース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ(Rubisco)は植物の光合成に参与する第一段階の炭素同化の重要な酵素であり、Rubisco活性化酵素(RCA)はRubiscoを安定的な触媒活性状態にすることができ、光合成効率を高める。本研究では、Populus tomentosaの中からRCA遺伝子をクローニングし、遺伝的に南林895ポプラを形質転換し、PtRCA高発現の遺伝子組換え株を獲得し、分子検出と関連機能分析を行い、ポプラの新型高光耐性品種を育成するために根拠を提供した。【方法】PtRCA遺伝子の配列に基づいて,PtRCA遺伝子の機能と構造解析を,生物情報学によって行った。 . Rosaのゲノム情報データベースに基づいて,PtRCA遺伝子配列をクローン化した。Gateway技術により、PtRCAを植物発現ベクターpGWB406に構築し、南林895楊を受容体材料とし、アグロバクテリウム媒介法により遺伝形質転換を行った。高温ストレス下のトランスジェニック植物における遺伝子発現,光合成パラメータ,クロロフィル蛍光パラメータの差異を,PtRCA遺伝子を含む南林895ポプラと対照(南林895ポプラ)を用いて測定した。[結果]PtRCAのCDS配列の長さは1323bpであり,440のアミノ酸残基をコード化し,蛋白質の分子量は48315.9Da,等電点は5.57で,疎水性蛋白質,シグナルペプチド,膜貫通構造はないことが示された。配列比較により、PtRCA属はAAA+スーパーファミリーの一つであり、ダイズ、シロイヌナズナのRCAタンパク質との相同性が高いことが分かった。PtRCA遺伝子を含有する南林895楊RCAの発現量は対照より高く、且つ強い光を利用して光合成作用を十分に行うことができ、その光飽和点も対照より高く、約12.5%~37.5%増加した。光補償点は3号株を除き、その他の遺伝子組換え株はいずれも対照よりやや低かった。光飽和点におけるトランスジェニック植物の光合成速度は対照より24.6%~55.7%高かった。遺伝子組換え株のCO2に対する利用能力とカルボキシル化効率はいずれも対照群より強く、CO2飽和点は1号と4号株を除き、その他の株は対照より12.5%~25.0%低かった。CO2補償点は53.1%~80.4%減少した。光呼吸率は対照より37.7%~79.3%低く,トランスジェニックポプラのCO2飽和点での光合成速度は対照より4.4%~26.4%高かった。また、遺伝子組み換えポプラは耐光酸化の能力を示し、光酸化処理後に、照射によるPSIIの初期光化学効率は61.7%低下したが、遺伝子組み換えポプラは45.0%~53.1%低下した。PSIIの光化学効率は54.1%減少し,一方,トランスジェニックポプラは38.7%~52.0%減少した。光化学的消光係数は68.3%減少し,一方,トランスジェニックポプラのそれは51.0%~65.8%減少した。非光化学的消光係数は対照よりわずかに3.0%増加し,一方,トランスジェニックポプラのそれは6.0%~26.5%増加した。[結論]ポプラのRubisco活性化酵素(PtRCA)タンパク質はダイズとシロイヌナズナのRCAタンパク質との相同性が高い。リアルタイム定量及び関連生理分析により、PtRCA遺伝子の南林895ポプラは高温耐性を持ち、CO2と強光を利用して光合成作用を行う能力が強く、RuBPを触媒することでカルボキシル化反応の効率が高いことが分かった。PtRCA遺伝子組み換えポプラは吸収光子を十分に利用でき、PSII反応中心効率が高く、過剰光エネルギーが比較的に良い散逸を得られ、耐光酸化能力を示した。研究結果により、PtRCA遺伝子の高効率発現は遺伝子組み換え植物の光合成効率を向上させ、高温の光強度に対して調節能力があることが明らかになった。Data from Wanfang. Translated by JST【JST・京大機械翻訳】
