解説

P700酸化システムー光合成生物が普遍的にもつ酸化傷害回避メカニズムが明らかになった
酸素との戦いで作り上げられた防御システム

Vol.56 No.2 Page. 82 - 94 (published date : 2018年1月20日)
高木 大輔1, 三宅 親弘1
  1. 神戸大学大学院農学研究科
vol56_2

 

概要原稿

太陽の光を利用することで駆動する光合成の明反応は，暗反応における二酸化炭素固定反応に必要とされる化学エネルギーの生成に必要不可欠であるが，その一方で不可避的に酸化力の高い活性酸素種の生成を引き起こす危険な反応である．光合成の明反応において活性酸素種の生成は葉緑体内部の光合成器官に酸化的に傷害を与え，光合成能力の低下，延いては，植物の生育の低下まで引き起こしてしまう．しかしながら，光合成生物において深刻な被害を及ぼす活性酸素種が，どこで・どのように生成するかは明確な答えがなかった．本稿では，近年，三宅グループが明らかとした活性酸素種生成メカニズムと光合成生物に普遍的に確認される活性酸素種生成抑制機構である”P700酸化システム”について紹介する．

リファレンス

  1. 1) L. R. Kump: Nature, 451, 277 (2008).
  2. 2) A. Bekker, H. D. Holland, P. L. Wang, D. Rumble III, H. J. Stein, J. L. Hannah, L. L. Coetzee & N. J. Beukes: Nature, 427, 117 (2004).
  3. 3) D. E. Canfield: Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 33, 1 (2005).
  4. 4) M. M. Caldwell: Bioscience, 29, 520 (1979).
  5. 5) C. Goldblatt, T. M. Lenton & A. J. Watson: Nature, 443, 683 (2006).
  6. 6) T. Finkel & N. J. Holbrook: Nature, 408, 239 (2000).
  7. 7) G. Vistoli, D. De Maddis, A. Cipak, N. Zarkovic, M. Carini & G. Aldini: Free Radic. Res., 47(Suppl 1), 3 (2013).
  8. 8) K. Asada & M. Takahashi: Photoinhibition, Elsevier, pp. 227?287, 1987.
  9. 9) K. Apel & H. Hirt: Annu. Rev. Plant Biol., 55, 373 (2004).
  10. 10) R. Pamplona: Chem. Biol. Interact., 192, 14 (2011).
  11. 11) R. Mittler: Trends Plant Sci., 11, 15 (2006).
  12. 12) E. H. Murchie & K. K. Niyogi: Plant Physiol., 155, 86 (2011).
  13. 13) D. M. Kramer & J. R. Evans: Plant Physiol., 155, 70 (2011).
  14. 14) G. Miller, N. Suzuki, S. Ciftci-Yilmaz & R. Mittler: Plant Cell Environ., 33, 453 (2010).
  15. 15) N. Suzuki & R. Mittler: Physiol. Plant., 126, 45 (2006).
  16. 16) K. Asada: Annu. Rev. Plant Biol., 50, 601 (1999).
  17. 17) K. Asada: Plant Physiol., 141, 391 (2006).
  18. 18) J. Franck & C. S. French: J. Gen. Physiol., 25, 309 (1941).
  19. 19) A. H. Mehler: Arch. Biochem. Biophys., 33, 65 (1951).
  20. 20) K. Satoh: Plant Cell Physiol., 11, 29 (1970).
  21. 21) K. Satoh: Plant Cell Physiol., 11, 187 (1970).
  22. 22) K. Asada, K. Kiso & K. Yoshikawa: J. Biol. Chem., 249, 2175 (1974).
  23. 23) M. A. Takahashi & K. Asada: Plant Cell Physiol., 23, 1457 (1982).
  24. 24) M. Takahashi & K. Asada: Arch. Biochem. Biophys., 267, 714 (1988).
  25. 25) K. Inoue, H. Sakurai & T. Hiyama: Plant Cell Physiol., 27, 961 (1986).
  26. 26) I. Terashima, S. Funayama & K. Sonoike: Planta, 193, 300 (1994).
  27. 27) K. Sonoike & I. Terashima: Planta, 194, 287 (1994).
  28. 28) K. Sonoike, I. Terashima, M. Iwaki & S. Itoh: FEBS Lett., 362, 235 (1995).
  29. 29) S. E. Tjus, B. L. M?ller & H. V. Scheller: Photosynth. Res., 60, 75 (1999).
  30. 30) H. Kudoh & K. Sonoike: Planta, 215, 541 (2002).
  31. 31) K. Sonoike: Plant Sci., 115, 157 (1996).
  32. 32) K. Sonoike, M. Kamo, Y. Hihara, T. Hiyama & I. Enami: Photosynth. Res., 53, 55 (1997).
  33. 33) K. Sonoike: Physiol. Plant., 142, 56 (2011).
  34. 34) M. Zivcak, M. Brestic, K. Kunderlikova, O. Sytar & S. I. Allakhverdiev: Photosynth. Res., 126, 449 (2015).
  35. 35) C. Miyake & K. Asada: Plant Cell Physiol., 33, 541 (1992).
  36. 36) K. I. Ogawa, S. Kanematsu, K. Takabe & K. Asada: Plant Cell Physiol., 36, 565 (1995).
  37. 37) C. Miyake: Plant Cell Physiol., 51, 1951 (2010).
  38. 38) C. Miyake, Y. Shinzaki, M. Nishioka, S. Horiguchi & K. I. Tomizawa: Plant Cell Physiol., 47, 200 (2006).
  39. 39) L. Giacomelli, A. Masi, D. R. Ripoll, M. J. Lee & K. I. van Wijk: Plant Mol. Biol., 65, 627 (2007).
  40. 40) I. M. M?ller, P. E. Jensen & A. Hansson: Annu. Rev. Plant Biol., 58, 459 (2007).
  41. 41) T. Sejima, D. Takagi, H. Fukayama, A. Makino & C. Miyake: Plant Cell Physiol., 55, 1184 (2014).
  42. 42) D. Takagi, S. Takumi, M. Hashiguchi, T. Sejima & C. Miyake: Plant Physiol., 171, 1626 (2016).
  43. 43) N. Nelson & C. F. Yocum: Annu. Rev. Plant Biol., 57, 521 (2006).
  44. 44) M. A. Kozuleva, A. A. Petrova, M. D. Mamedov, A. Y. Semenov & B. N. Ivanov: FEBS Lett., 588, 4364 (2014).
  45. 45) H. A. Frank, M. B. McLean & K. Sauer: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 5124 (1979).
  46. 46) A. W. Rutherford & J. E. Mullet: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 635, 225 (1981).
  47. 47) P. S?tif, G. Hervo & P. Mathis: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 638, 257 (1981).
  48. 48) V. A. Shuvalov, A. M. Nuijs, H. J. Van Gorkom, H. W. J. Smit & L. N. M. Duysens: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 850, 319 (1986).
  49. 49) I. Ikegami, P. S?tif & P. Mathis: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 894, 414 (1987).
  50. 50) P. S?tif & K. Brettel: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 1020, 232 (1990).
  51. 51) M. Polm & K. Brettel: Biophys. J., 74, 3173 (1998).
  52. 52) A. W. Rutherford, A. Osyczka & F. Rappaport: FEBS Lett., 58, 603 (2012).
  53. 53) S. Cazzaniga, Z. Li, K. K. Niyogi, R. Bassi & L. Dall'Osto: Plant Physiol., 159, 1745 (2012).
  54. 54) S. Cazzaniga, M. Bressan, D. Carbonera, A. Agostini & L. Dall'Osto: Biochemistry, 55, 3636 (2016).
  55. 55) M. Suorsa, S. J?rvi, M. Grieco, M. Nurmi, M. Pietrzykowska, M. Rantala, S. Kangasj?rvi, V. Paakkarinen, M. Tikkanen, S. Jansson et al.: Plant Cell, 24, 2934 (2012).
  56. 56) M. Kono, K. Noguchi & I. Terashima: Plant Cell Physiol., 55, 990 (2014).
  57. 57) W. Yamori, A. Makino & T. Shikanai: Sci. Rep., 6, 20147 (2016).
  58. 58) C. Klughammer & U. Schreiber: Planta, 192, 261 (1994).
  59. 59) J. Harbinson & C. H. Foyer: Plant Physiol., 97, 41 (1991).
  60. 60) C. Miyake, M. Miyata, Y. Shinzaki & K. I. Tomizawa: Plant Cell Physiol., 46, 629 (2005).
  61. 61) K. Shaku, G. Shimakawa, M. Hashiguchi & C. Miyake: Plant Cell Physiol., 57, 1443 (2015).
  62. 62) G. Shimakawa, K. Shaku & C. Miyake: Plant Physiol., 172, 1443 (2016).
  63. 63) G. Shimakawa, K. Ishizaki, S. Tsukamoto, M. Tanaka, T. Sejima & C. Miyake: Plant Physiol., 173, 1636 (2017).
  64. 64) D. Takagi, M. Hashiguchi, T. Sejima, A. Makino & C. Miyake: Photosynth. Res., 129, 279 (2016).
  65. 65) D. Takagi, K. Ishizaki, H. Hanawa, T. Mabuchi, G. Shimakawa, H. Yamamoto & C. Miyake: Physiol. Plant., 161, 56 (2017).
  66. 66) 嶋川銀河，三宅親弘：光合成研究News letter, 27, 4?15 (2017).
  67. 67) A. Wasserfallen, S. Ragettli, Y. Jouanneau & T. Leisinger: FEBS J., 254, 325 (1998).
  68. 68) Y. Allahverdiyeva, J. Isoj?rvi, P. Zhang & E. M. Aro: Life, 5, 716 (2015).
  69. 69) W. W. Fischer, J. Hemp & J. S. Valentine: Curr. Opin. Chem. Biol., 31, 166 (2016).
  70. 70) C. V. Rom?o, J. B. Vicente, P. T. Borges, C. Fraz?o & M. Teixeira: J. Biol. Inorg. Chem., 21, 39 (2016).
  71. 71) L. Chen, M. Y. Liu, J. Legall, P. Fareleira, H. Santos & A. V. Xavier: FEBS J., 216, 443 (1993).
  72. 72) J. B. Vicente, C. M. Gomes, A. Wasserfallen & M. Teixeira: Biochem. Biophys. Res. Commun., 294, 82 (2002).
  73. 73) Y. Helman, D. Tchernov, L. Reinhold, M. Shibata, T. Ogawa, R. Schwarz, I. Ohand & A. Kaplan: Curr. Biol., 13, 230 (2003).
  74. 74) Y. Allahverdiyeva, M. Ermakova, M. Eisenhut, P. Zhang, P. Richaud, M. Hagemann, L. Cournac & E. M. Aro: J. Biol. Chem., 286, 24007 (2011).
  75. 75) Y. Allahverdiyeva, H. Mustila, M. Ermakova, L. Bersanini, P. Richaud, G. Ajlani, N. Battchikova, L. Cournac & E. M. Aro: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 110, 4111 (2013).
  76. 76) H. Yamamoto, S. Takahashi, M. R. Badger & T. Shikanai: Nat. Plants, 2, 16012 (2016).
  77. 77) C. Gerotto, A. Alboresi, A. Meneghesso, M. Jokel, M. Suorsa, E. M. Aro & T. Morosinotto: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 113, 12322 (2016).
  78. 78) P. Il?k, A. Pavlovi?, R. Kou?il, A. Alboresi, T. Morosinotto, Y. Allahverdiyeva, E. M. Aro, H. Yamamoto & T. Shikanai: New Phytol., 214, 967 (2017).
  79. 79) J. F. Allen: Trends Plant Sci., 9, 130 (2004).
  80. 80) G. Kurisu, H. Zhang, J. L. Smith & W. A. Cramer: Science, 302, 1009 (2003).
  81. 81) W. A. Cramer, H. Zhang, J. Yan, G. Kurisu & J. L. Smith: Annu. Rev. Biochem., 75, 769 (2006).
  82. 82) C. A. Sacksteder, A. Kanazawa, M. E. Jacoby & D. M. Kramer: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 14283 (2000).
  83. 83) D. M. Kramer, C. A. Sacksteder & J. A. Cruz: Photosynth. Res., 60, 151 (1999).
  84. 84) D. M. Kramer, J. A. Cruz & A. Kanazawa: Trends Plant Sci., 8, 27 (2003).
  85. 85) K. Takizawa, J. A. Cruz, A. Kanazawa & D. M. Kramer: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 1767, 1233 (2007).
  86. 86) J. Zaks, K. Amarnath, D. M. Kramer, K. K. Niyogi & G. R. Fleming: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109, 15757 (2012).
  87. 87) A. N. Tikhonov: Photosynth. Res., 116, 511 (2013).
  88. 88) P. M?ller, X. P. Li & K. K. Niyogi: Plant Physiol., 125, 1558 (2001).
  89. 89) K. K. Niyogi, A. R. Grossman & O. Bj?rkman: Plant Cell, 10, 1121 (1998).
  90. 90) X. P. Li, O. Bj?rkman, C. Shih, A. R. Grossman, M. Rosenquist, S. Jansson & K. K. Niyogi: Nature, 403, 391 (2000).
  91. 91) K. K. Niyogi, X. P. Li, V. Rosenberg & H. S. Jung: J. Exp. Bot., 56, 375 (2004).
  92. 92) R. C. Bugos & H. Y. Yamamoto: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 6320 (1996).
  93. 93) B. Demmig-Adams & W. W. Adams III: Trends Plant Sci., 1, 21 (1996).
  94. 94) M. Nilkens, E. Kress, P. Lambrev, Y. Miloslavina, M. M?ller, A. R. Holzwarth & P. Jahns: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 1797, 466 (2010).
  95. 95) S. Hubbart, O. O. Ajigboye, P. Horton & E. H. Murchie: Plant J., 71, 402 (2012).
  96. 96) J. Kromdijk, K. G?owacka, L. Leonelli, S. T. Gabilly, M. Iwai, K. K. Niyogi & S. P. Long: Science, 354, 857 (2016).
  97. 97) A. Krieger & E. Weis: Photosynth. Res., 37, 117 (1993).
  98. 98) Y. Munekage, M. Hojo, J. Meurer, T. Endo, M. Tasaka & T. Shikanai: Cell, 110, 361 (2002).
  99. 99) G. DalCorso, P. Pesaresi, S. Masiero, E. Aseeva, D. Sch?nemann, G. Finazzi, P. Joliot, R. Barbato & D. Leister: Cell, 132, 273 (2008).
  100. 100) A. Kanazawa, E. Ostendorf, K. Kohzuma, D. Hoh, D. D. Strand, M. Sato-Cruz, L. Savage, J. A. Cruz, N. Fisher, J. E. Froehlich et al.: Front. Plant Sci., 8, 719 (2017).
  101. 101) D. Takagi, K. Amako, M. Hashiguchi, H. Fukaki, K. Ishizaki, T. Goh, R. Sano, T. Kurata, T. Demura, S. Sawa et al.: Plant J., 91, 306 (2017).
  102. 102) A. Kanazawa & D. M. Kramer: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 12789 (2002).
  103. 103) T. J. Avenson, J. A. Cruz, A. Kanazawa & D. M. Kramer: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 9709 (2005).
  104. 104) K. Takizawa, A. Kanazawa & D. M. Kramer: Plant Cell Environ., 31, 235 (2008).
  105. 105) K. Kohzuma, J. A. Cruz, K. Akashi, S. Hoshiyasu, Y. N. Munekage, A. Yokota & D. M. Kramer: Plant Cell Environ., 32, 209 (2009).
  106. 106) T. Shikanai: Annu. Rev. Plant Biol., 58, 199 (2007).
  107. 107) W. Yamori & T. Shikanai: Annu. Rev. Plant Biol., 67, 81 (2016).
  108. 108) J. Alric & X. Johnson: Curr. Opin. Plant Biol., 37, 78 (2017).
  109. 109) 高木大輔，三宅親弘：光合成研究News letter, 24, 97?110 (2014).
  110. 110) M. Kanekatsu, H. Saito, K. Motohashi & T. Hisabori: IUBMB Life, 46, 99 (1998).
  111. 111) T. D. Bunney, H. S. van Walraven & A. H.de Boer: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98, 4249 (2001).
  112. 112) G. del Riego, L. M. Casano, M. Mart?n & B. Sabater: Photosynth. Res., 89, 11 (2006).
  113. 113) H. Roy & T. J. Andrews: In Photosynthesis, Springer (2000). Chapter 3, pp. 53?83.
  114. 114) S. G. Wildman & J. Bonner: Arch. Biochem., 14, 381 (1947).
  115. 115) P. W. Trown: Biochemistry, 4, 908 (1965).
  116. 116) G. Bowes, W. L. Ogren & R. H. Hageman: Biochem. Biophys. Res. Commun., 45, 716 (1971).
  117. 117) R. Douce & H. W. Heldt: In Photosynthesis, Springer, (2000), Chapter 5, pp. 115?136.
  118. 118) K. Kajala, S. Covshoff, S. Karki, H. Woodfield, B. J. Tolley, M. J. A. Dionora, R. T. Mogul, A. E. Mabilangan, F. R. Danila, J. M. Hibberd et al.: J. Exp. Bot., 62, 3001 (2011).
  119. 119) E. M. Aro, I. Virgin & B. Andersson: Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 1143, 113 (1993).
  120. 120) C. Miyake & A. Yokota: Plant Cell Physiol., 41, 335 (2000).
  121. 121) H. Hanawa, K. Ishizaki, K. Nohira, D. Takagi, G. Shimakawa, T. Sejima, K. Shaku, A. Makino & C. Miyake: Physiol. Plant., 161, 138 (2017).


本文はトップページからログインをして頂くと表示されます。