Limitations to photosynthesis by proton motive force-induced photosystem II photodamage

光系统II 类囊体 光合作用 生物物理学 非光化学猝灭 化学渗透 化学 光化学 电化学梯度 拟南芥 光合反应中心 光抑制 质子输运 光系统I 叶绿素荧光 质子 生物 塑料醌 光防护 析氧 电子传输链 突变体 光系统 P680页 ATP合酶 生物化学 叶绿体 基因
作者
Geoffry A. Davis,Atsuko Kanazawa,Mark Aurel Schöttler,Kaori Kohzuma,John E. Froehlich,A. William Rutherford,Mio Satoh-Cruz,Deepika Minhas,Stefanie Tietz,Amit Dhingra,David Kramer
出处
期刊:eLife [eLife Sciences Publications Ltd]
卷期号:5 被引量:86
标识
DOI:10.7554/elife.16921
摘要

The thylakoid proton motive force (pmf) generated during photosynthesis is the essential driving force for ATP production; it is also a central regulator of light capture and electron transfer. We investigated the effects of elevated pmf on photosynthesis in a library of Arabidopsis thaliana mutants with altered rates of thylakoid lumen proton efflux, leading to a range of steady-state pmf extents. We observed the expected pmf-dependent alterations in photosynthetic regulation, but also strong effects on the rate of photosystem II (PSII) photodamage. Detailed analyses indicate this effect is related to an elevated electric field (Δψ) component of the pmf, rather than lumen acidification, which in vivo increased PSII charge recombination rates, producing singlet oxygen and subsequent photodamage. The effects are seen even in wild type plants, especially under fluctuating illumination, suggesting that Δψ-induced photodamage represents a previously unrecognized limiting factor for plant productivity under dynamic environmental conditions seen in the field.

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