助成番号

５－２

１８０８８１研 究 成 果 報 告 書

研究テーマ
（和文）

レドックスを基盤とした植物光合成の機能統御ネットワークの解明

研究テーマ
（英文）

Redox-based regulatory network of plant photosynthesis

研究期間

２０１８年 ～ ２０２１年

研究代表者
氏
名

（漢字）

吉田 啓亮

（カタカナ）

ヨシダ ケイスケ（英文）Keisuke Yoshida

所属機関・職名
共同研究者（１名をこえる場合は、別紙追加用紙へ）

氏
名

研究機関名

東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所・准教授

（漢字）

久堀 徹

（カタカナ）

ヒサボリ トオル（英文）Toru Hisabori

所属機関・職名

東京工業大学

東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所・教授

概要 （600 字～800 字程度にまとめてください。）
研究代表者は、酸化還元を基盤としたタンパク質の翻訳後修飾である“レドックス制御”に注目し、植物における光合成の制御メカニズムの解明に向けた研究を行っている。レドックス制御系に関する研究は古くからなされているが、近年のオミクス解析による多様なシステム構成因子群の同定によって現在新たな局面を迎えている。研究代表者は、レドックス制御系の全体像や生理意義の包括的な解明を目指して研究を実施し、本研究助成のサポートを受けて以下を明らかにすることができた。
１．タンパク質酸化経路 TrxL2/2CP 経路の新機能研究代表者は以前、レドックス制御系最大の謎であったタンパク質酸化経路（TrxL2/2CP 経路）を同定し、光合成を夜に抑制するメカニズムを明らかにしていた（Yoshida et al. 2018 PNAS）。本研究では、TrxL2/2CP経路の機能をさらに詳細に調べ、非光合成環境下で還元エネルギーの供給に働く G6PDH（グルコース 6 リン酸脱水素酵素）という酵素がこの経路により活性化されることを見出した。これらの結果をまとめ、昼夜の葉緑体代謝の切り替えモデルを提案した（Biochem J 2019; Front Plant Sci 2019）。
２．レドックス制御の新規標的酵素
レドックス制御による活性調節を受ける標的酵素の探索を行った。生化学的な解析により、セリン合成経路に含まれる PGDH（3-ホスホグリセリン酸脱水素酵素）とデンプン分解経路に含まれる PFK（ホスホフルクトキナーゼ）がレドックス制御を受けることを見出し、その分子基盤を詳細に明らかにした。これにより、レドックス制御系が操る葉緑体機能に関する理解を拡張させた（J Biol Chem 2020; Plant Cell Physiol2021）。

- 1 -発表文献 （この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文課題
雑
誌

著者名

論文課題
雑
著者名

論文課題
雑
著者名

Biochemical Journal

1781～1790

発行年

2019巻号

476

New light on chloroplast redox regulation: Molecular mechanisms of protein thioloxidation
Yoshida Keisuke, Yokochi Yuichi,

雑誌名Frontiers in Plant Science1534

発行年

2019巻号

10Biochemical insight into redox regulation of plastidial 3-phosphoglycerate
dehydrogenase from Arabidopsis thaliana
Yoshida Keisuke, Ohtaka Kinuka,

雑誌名Journal of Biological Chemistry

発行年

2Hirai Yokota Masami, Hisabori Toru

ページ
論文課題
雑誌

雑誌名Hisabori Toru

ページ

誌

Yoshida Keisuke, Uchikoshi Eriko,Hara Satoshi, Hisabori Toru

ページ

誌

Thioredoxin-like2/2-Cys peroxiredoxin redox cascade acts as oxidative activatorof glucose-6-phosphate dehydrogenase in chloroplasts

著者名
ページ

14906～14915

020

Biochemicalbasisforredox
regulation
phosphofructokinase from Arabidopsis thaliana
Yoshida Keisuke, Hisabori Toru

401～410

巻号
ofchloroplast-localized

雑誌名Plant and Cell Physiology

発行年2021295

巻号

62

書名
図書

著者名出版社

発行年

総ﾍﾟｰｼﾞ

英文抄録 （100 語～200 語程度にまとめてください。）
I have studied the redox-regulatory system for controlling plant photosynthesis. This regulatory
system has been known for a long time, but recent progresses in omics studies have identified diverse
protein factors involved in this system, raising a possibility that redox-regulatory system iscomposed of more complicated network. To clarify overall structure of redox network, I have performedcomprehensive studies ranging from molecular biology and biochemistry to plant ecophysiology. With
the support from the Sumitomo Foundation, I have clarified the followings.
1. New function of the protein oxidation pathway
I previously identified the protein oxidation pathway (TrxL2/2CP pathway) and revealed the mechanismthat suppresses photosynthesis at night. In this study, I further investigated the function of theTrxL2/2CP pathway in detail and found that G6PDH (glucose 6-phosphate dehydrogenase), which provides
reducing energy in non-photosynthetic environments, is activated by this pathway. We summarizedthese results and proposed a model for switching chloroplast metabolisms during day/night cycles.
2. Novel target enzymes for redox regulation
We searched for target enzymes whose activity is regulated by redox regulation. Biochemical analysis
revealed that PGDH (3-phosphoglycerate dehydrogenase) in the serine synthesis pathway and PFK(phosphofructokinase) in the starch degradation pathway are subject to redox regulation, and themolecular basis of their regulation was clarified in detail. These results extended ourunderstanding of chloroplast functions controlled by redox-regulatory system.

- 2 -研究代表者名

（漢字）

共同研究者
氏
名

（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名- 3 -