光合作用、呼吸作用和生长：替代氧化酶的碳和能量平衡法,Mitochondrion

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光合作用、呼吸作用和生长：替代氧化酶的碳和能量平衡法
Mitochondrion ( IF 3.9 ) Pub Date : 2020-05-01 , DOI: 10.1016/j.mito.2020.04.001
Greg C Vanlerberghe ₁ , Keshav Dahal ₂ , Nicole A Alber ₁ , Avesh Chadee ₁

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本综述总结了替代氧化酶的知识，替代氧化酶是一种线粒体电子传递链组件，可降低植物呼吸的 ATP 产量。突变体和转基因植物的分析已经确定替代氧化酶活性支持叶片光合作用。在挑战光合细胞中的能量和/或碳平衡的条件下，替代氧化酶呼吸与叶绿体代谢的相互作用很重要。在这种情况下，替代氧化酶提供了一种叶绿体外的手段来优化叶绿体能量库（ATP、NADPH）的状态，并管理细胞碳水化合物库以响应碳固定速率的变化以及生长和维持的碳需求。当碳和能量平衡受到挑战时，转录和翻译后机制确保替代氧化酶可以有效响应。在缺水、高盐度或极端温度等非生物胁迫条件下，这种功能显得尤为重要。在这种条件下，替代氧化酶呼吸对生长和胁迫耐受性产生积极影响，尽管它会降低呼吸的能量产量和碳利用效率。在某种程度上，这种有益效果与替代氧化酶呼吸防止线粒体和叶绿体中过量活性氧产生的能力有关。最近的证据表明，替代氧化酶呼吸是作物改良的一个有趣目标。在缺水、高盐度或极端温度等非生物胁迫条件下，这种功能显得尤为重要。在这种条件下，替代氧化酶呼吸对生长和胁迫耐受性产生积极影响，尽管它会降低呼吸的能量产量和碳利用效率。在某种程度上，这种有益效果与替代氧化酶呼吸防止线粒体和叶绿体中过量活性氧产生的能力有关。最近的证据表明，替代氧化酶呼吸是作物改良的一个有趣目标。在缺水、高盐度或极端温度等非生物胁迫条件下，这种功能显得尤为重要。在这种条件下，替代氧化酶呼吸对生长和胁迫耐受性产生积极影响，尽管它会降低呼吸的能量产量和碳利用效率。在某种程度上，这种有益效果与替代氧化酶呼吸防止线粒体和叶绿体中过量活性氧产生的能力有关。最近的证据表明，替代氧化酶呼吸是作物改良的一个有趣目标。尽管它降低了呼吸的能量产量和碳利用效率。在某种程度上，这种有益效果与替代氧化酶呼吸防止线粒体和叶绿体中过量活性氧产生的能力有关。最近的证据表明，替代氧化酶呼吸是作物改良的一个有趣目标。尽管它降低了呼吸的能量产量和碳利用效率。在某种程度上，这种有益效果与替代氧化酶呼吸防止线粒体和叶绿体中过量活性氧产生的能力有关。最近的证据表明，替代氧化酶呼吸是作物改良的一个有趣目标。

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Photosynthesis, Respiration and Growth:A Carbon and Energy Balancing Act for Alternative Oxidase

This review summarizes knowledge of alternative oxidase, a mitochondrial electron transport chain component that lowers the ATP yield of plant respiration. Analysis of mutant and transgenic plants has established that alternative oxidase activity supports leaf photosynthesis. The interaction of alternative oxidase respiration with chloroplast metabolism is important under conditions that challenge energy and/or carbon balance in the photosynthetic cell. Under such conditions, alternative oxidase provides an extra-chloroplastic means to optimize the status of chloroplast energy pools (ATP, NADPH) and to manage cellular carbohydrate pools in response to changing rates of carbon fixation and carbon demand for growth and maintenance. Transcriptional and post-translational mechanisms ensure that alternative oxidase can respond effectively when carbon and energy balance are being challenged. This function appears particularly significant under abiotic stress conditions such as water deficit, high salinity, or temperature extremes. Under such conditions, alternative oxidase respiration positively affects growth and stress tolerance, despite it lowering the energy yield and carbon use efficiency of respiration. In part, this beneficial effect relates to the ability of alternative oxidase respiration to prevent excessive reactive oxygen species generation in both mitochondria and chloroplasts. Recent evidence suggests that alternative oxidase respiration is an interesting target for crop improvement.

更新日期：2020-05-01

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