葉緑体の無機元素恒常性に関する新知見 (Photosynthesis: new insights into mineral homeostasis of chloroplasts)

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2026-02-02 ミュンヘン大学(LMU)

ドイツ・ルートヴィヒ=マクシミリアン大学ミュンヘン(LMU)の研究チームは、葉緑体におけるミネラル(特にマンガンとカルシウム)の恒常性が光合成の効率と深く関連することを明らかにした。葉緑体には、光化学反応を支えるための金属イオン輸送システムが存在し、その精密な調節が光合成の最適化に不可欠である。本研究では、特定の輸送体タンパク質がミネラルの細胞内分画と動きを制御し、光化学系IIの活性に影響を与えることを示した。マンガンとカルシウムは、光合成電子伝達と酸化還元バランスの維持に重要であり、この輸送体機構の破綻が光合成低下やストレス耐性の弱体化につながる可能性があるという。これらの知見は、植物の栄養・代謝制御の基本原理を深く理解するうえで重要であり、作物の生産性向上や環境ストレス耐性育種に応用できる可能性がある。

<関連情報>

葉緑体イオノームはオルガネラの鉄恒常性のダイナミクスを明らかにする The chloroplast ionome shines light on the dynamics of organellar iron homeostasis

Lorenz J Holzner,Lucia Östergaard Frank,Susanne Mühlbauer,Anna Müller,Laura Schröder,Charlotte Seydel,Jennifer Grünert,Rachael A DeTar,Katrin Philippar,Andreas Klingl,…
The Plant Cell  Published:30 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/plcell/koag017

Abstract

Annually, chloroplasts fix 258 billion tons of CO2 through photosynthesis. Photosynthesis and other biochemical pathways require specific amounts of metal ions in the organelle. Transport proteins in the plastid inner envelope maintain the organellar ion homeostasis. Despite substantial progress over the last decades, many genes encoding plastid ion channels and ion carriers or their regulators remain unknown. To fill this knowledge gap, detailed information on the elemental composition of chloroplasts i.e., a plastid ionome, is needed. This will allow us to compare mutants of transporter candidates with wild-type plants. Here, we provide quantitative descriptions of chloroplast ionomes from Arabidopsis thaliana, the metal hyperaccumulator Arabidopsis halleri, Pisum sativum, and Nicotiana benthamiana and analyze similarities and distinctions. Using A. thaliana, we show that plastid ionomes can be genetically manipulated. Chloroplasts of OLIGOPEPTIDE TRANSPORTER3 (OPT3)-deficient mutants contain 14-fold more iron, likely associated with stromal FERRITIN. The removal of FERRITIN in opt3 mutants leads to a substantial decrease in plastid and leaf iron, pointing to an important role of ferritins in shaping the chloroplast ionome. Our study reveals that chloroplast ferritins can be turned into iron sinks. Since crop biofortification to fight hidden hunger has become a global mission, this research provides groundwork to reach this goal.

生物化学工学
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