High cyclic electron transfer via the PGR5 pathway in the absence of photosynthetic control

类囊体 电化学梯度 光防护 ATP合酶 化学渗透 光合作用 细胞色素b6f复合物 光系统I 光抑制 光系统II 电子传输链 生物物理学 化学 固碳 生物化学 生物 质子输运 叶绿体 基因
作者
Gustaf E Degen,Philip J. Jackson,Matthew S. Proctor,Nicholas Zoulias,Stuart A. Casson,Matthew P. Johnson
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:192 (1): 370-386 被引量:3
标识
DOI:10.1093/plphys/kiad084
摘要

The light reactions of photosynthesis couple electron and proton transfers across the thylakoid membrane, generating NADPH, and proton motive force (pmf) that powers the endergonic synthesis of ATP by ATP synthase. ATP and NADPH are required for CO2 fixation into carbohydrates by the Calvin-Benson-Bassham cycle. The dominant ΔpH component of the pmf also plays a photoprotective role in regulating photosystem II light harvesting efficiency through nonphotochemical quenching (NPQ) and photosynthetic control via electron transfer from cytochrome b6f (cytb6f) to photosystem I. ΔpH can be adjusted by increasing the proton influx into the thylakoid lumen via upregulation of cyclic electron transfer (CET) or decreasing proton efflux via downregulation of ATP synthase conductivity (gH+). The interplay and relative contributions of these two elements of ΔpH control to photoprotection are not well understood. Here, we showed that an Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) ATP synthase mutant hunger for oxygen in photosynthetic transfer reaction 2 (hope2) with 40% higher proton efflux has supercharged CET. Double crosses of hope2 with the CET-deficient proton gradient regulation 5 and ndh-like photosynthetic complex I lines revealed that PROTON GRADIENT REGULATION 5 (PGR5)-dependent CET is the major pathway contributing to higher proton influx. PGR5-dependent CET allowed hope2 to maintain wild-type levels of ΔpH, CO2 fixation and NPQ, however photosynthetic control remained absent and PSI was prone to photoinhibition. Therefore, high CET in the absence of ATP synthase regulation is insufficient for PSI photoprotection.

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