トマトの光合成におけるカリウムの調節機構を解明(Study Reveals How Potassium Regulates Photosynthesis in Tomatoes)

2026-03-31 中国科学院(CAS)

中国科学院西双版納熱帯植物園および中国科学院昆明植物研究所の研究チームは、トマトを用いてカリウムが光合成を制御する分子機構を解明した。従来、カリウムは気孔の浸透圧調節に関与する物質と考えられていたが、本研究により遺伝子発現を介して光合成効率を直接制御することが明らかとなった。カリウム欠乏は葉の構造変化ではなく、アクアポリンや炭酸脱水酵素関連遺伝子の発現低下を通じてCO₂輸送を阻害し、光合成能力を低下させる。また、変動光条件下では気孔応答の遅延を引き起こし、炭素固定効率を制限することも確認された。本成果は作物生産における栄養管理と光合成最適化に新たな知見を提供する。

<関連情報>

カリウムは、解剖学的変異ではなく遺伝子調節を介してトマトの光合成効率を調節する Potassium mediates photosynthetic efficiency in tomato through genetic regulation rather than anatomical variation

Yi-Yun Li, Xiao-Qian Wang, Ming-Ying Yang, Dou Zuo, Hai-Cui Luo, Yu-Wen Zhang, Wei Huang
The Plant Journal  Published: 09 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1111/tpj.70784

SUMMARY

Potassium (K) is classically viewed as a guard-cell osmoticum, yet its influence on the photosynthetic efficiency under steady-state and fluctuating light remains unresolved. We combined gas exchange, cellular anatomy, and transcriptomic profiling to explore how K deficiency limits CO2 assimilation (AN) in tomato (Solanum lycopersicum). Contrasting our expectations, the decline of AN and mesophyll conductance (gm) under K deficiency in tomato was not attributed to alternation of leaf and cellular anatomy but was linked to downregulation of carbonic anhydrases and plasma-membrane aquaporins that facilitate CO2 diffusion. The maximum carboxylation rate of Rubisco (Vcmax) declined in parallel, coinciding with the repression of Rubisco small-subunit genes and Rubisco activase. Under fluctuating light, K deficiency significantly slowed stomatal opening and accelerated stomatal closure, increasing potential loss of CO2 fixation after transition from low to high light. Transcript data implicated K-transport, anion-channel, and sugar-transporter genes as the molecular brakes. Therefore, leaf K content influences photosynthesis by regulating diffusional and biochemical capacities. These findings highlight the importance of K in photosynthesis under both stable and variable light environments, offering new targets for improving crop photosynthetic resilience.

1202農芸化学
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