Research Abstract


AtPHT4;4 is a chloroplast-localized ascorbate transporter in Arabidopsis

2015年1月5日 Nature Communications 6 : 5928 doi: 10.1038/ncomms6928

アスコルビン酸は、in vivoでのさまざまな代謝反応に関わる抗酸化物質および補酵素である。植物の葉緑体では、強い光による光阻害を克服するために高濃度のアスコルビン酸が必要である。しかし、ミトコンドリアで合成されたアスコルビン酸の葉緑体への輸送を支える分子メカニズムは知られていなかった。本論文では、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のリン酸輸送体4ファミリーのAtPHT4;4が、アスコルビン酸輸送体として機能することを示す。In vitroの分析は、精製AtPHT4;4タンパク質を含むプロテオリポソームが膜電位依存的、Cl-依存的にアスコルビン酸を取り込むことを示している。AtPHT4;4タンパク質は葉緑体の包膜に大量に発現する。AtPHT4;4をノックアウトすると葉の還元型アスコルビン酸濃度が減少し、光合成中の過剰なエネルギーの熱放散プロセスが阻害された。こうしたことから、今回の知見はAtPHT4;4タンパク質が葉緑体包膜でのアスコルビン酸輸送体であり、強い光ストレスへの耐性に必要とされる可能性を示している。

Takaaki Miyaji, Takashi Kuromori, Yu Takeuchi, Naoki Yamaji, Kengo Yokosho, Atsushi Shimazawa, Eriko Sugimoto, Hiroshi Omote, Jian Feng Ma, Kazuo Shinozaki & Yoshinori Moriyama

Corresponding Authors

宮地 孝明
森山 芳則
岡山大学 自然生命科学研究支援センター

Ascorbate is an antioxidant and coenzyme for various metabolic reactions in vivo. In plant chloroplasts, high ascorbate levels are required to overcome photoinhibition caused by strong light. However, ascorbate is synthesized in the mitochondria and the molecular mechanisms underlying ascorbate transport into chloroplasts are unknown. Here we show that ​AtPHT4;4, a member of the phosphate transporter 4 family of Arabidopsis thaliana, functions as an ascorbate transporter. In vitro analysis shows that proteoliposomes containing the purified ​AtPHT4;4 protein exhibit membrane potential- and Cl-dependent ascorbate uptake. The ​AtPHT4;4 protein is abundantly expressed in the chloroplast envelope membrane. Knockout of ​AtPHT4;4 results in decreased levels of the reduced form of ascorbate in the leaves and the heat dissipation process of excessive energy during photosynthesis is compromised. Taken together, these observations indicate that the ​AtPHT4;4 protein is an ascorbate transporter at the chloroplast envelope membrane, which may be required for tolerance to strong light stress.