The role of α-carbonic anhydrase 4 (α-CA4) in photosynthetic machinery functioning in thylakoid membranes was studied, using Arabidopsis thaliana wild type plants (WT) and the plants with knockout of At4g20990 gene encoding α-CA4 (αCA4-mut) grown both in low light (LL, 80 μmol quanta m −2 s −1 ) or in high light (HL, 400 μmol quanta m −2 s −1 ). It was found that a content of PsbS protein, one of determinants of non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence, increased in mutants by 30% and 100% compared with WT plants in LL and in HL, respectively. Violaxanthin cycle pigments content and violaxanthin deepoxidase activity in HL were also higher in αCA4-mut than in WT plants. The content of PSII core protein, D1, when adapting to HL, decreased in WT plants and remained unchanged in mutants. This indicates, that the decrease in the content of Lhcb1 and Lhcb2 proteins in HL (Rudenko et al. Protoplasma 55(1):69-78, 2018) in WT plants resulted from decrease of both Photosystem II (PSII) complex content and content of these proteins in this complex, whereas in αCA4-mut plants from the latter process only. The absence of α-CA4 did not affect the rate of electron transport through Photosystem I (PSI) in thylakoids of mutant vs. WT, but led to 50–80% increase in the rate of electron transport from H 2 O to Q A , evidencing the location of α-CA4 close to PSII. The latter difference may raise the question about its causal connection with the difference in the D1 protein content change during adapting to increased illumination in the presence and the absence of α-CA4.

中文翻译：

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碳酸酐酶α-CA4在光合器官适应性反应中的作用：α-CA4基因敲除植物的研究

使用拟南芥野生型植物 (WT) 和敲除编码 α-CA4 (αCA4-mut) 的 At4g20990 基因的植物，研究了 α-碳酸酐酶 4 (α-CA4) 在类囊体膜光合机制中的作用低光（LL，80 μmol quanta m -2 s -1 ）或强光（HL，400 μmol quanta m -2 s -1 ）。结果发现，与 LL 和 HL 中的 WT 植物相比，PsbS 蛋白的含量（叶绿素荧光非光化学猝灭的决定因素之一）在突变体中分别增加了 30% 和 100%。HL 中的紫黄素循环色素含量和紫黄素深氧化酶活性在 αCA4-mut 中也高于 WT 植物。PSII 核心蛋白 D1 的含量在适应 HL 时在 WT 植物中减少，在突变体中保持不变。这表明，WT 植物中 HL (Rudenko et al. Protoplasma 55(1):69-78, 2018) 中 Lhcb1 和 Lhcb2 蛋白含量的降低是由于光系统 II (PSII) 复合物含量和这些蛋白质含量的降低在这个复合体中，而在 αCA4-mut 植物中仅来自后一个过程。α-CA4 的缺失不影响突变体与 WT 类囊体中通过光系统 I (PSI) 的电子传输速率，但导致从 H 2 O 到 QA 的电子传输速率增加了 50-80%，证明α-CA4 靠近 PSII 的位置。后一种差异可能会引发一个问题，即它与在存在和不存在 α-CA4 的情况下适应增加的光照期间 D1 蛋白含量变化的差异之间的因果关系。2018) 在 WT 植物中是由于光系统 II (PSII) 复合物含量和该复合物中这些蛋白质含量的减少，而在 αCA4-mut 植物中仅来自后一个过程。α-CA4 的缺失不影响突变体与 WT 类囊体中通过光系统 I (PSI) 的电子传输速率，但导致从 H 2 O 到 QA 的电子传输速率增加了 50-80%，证明α-CA4 靠近 PSII 的位置。后一种差异可能会引发一个问题，即它与在存在和不存在 α-CA4 的情况下适应增加的光照期间 D1 蛋白含量变化的差异之间的因果关系。2018) 在 WT 植物中是由于光系统 II (PSII) 复合物含量和该复合物中这些蛋白质含量的减少，而在 αCA4-mut 植物中仅来自后一个过程。α-CA4 的缺失不影响突变体与 WT 类囊体中通过光系统 I (PSI) 的电子传输速率，但导致从 H 2 O 到 QA 的电子传输速率增加了 50-80%，证明α-CA4 靠近 PSII 的位置。后一种差异可能会引发一个问题，即它与在存在和不存在 α-CA4 的情况下适应增加的光照期间 D1 蛋白含量变化的差异之间的因果关系。α-CA4 的缺失不影响突变体与 WT 类囊体中通过光系统 I (PSI) 的电子传输速率，但导致从 H 2 O 到 QA 的电子传输速率增加了 50-80%，证明α-CA4 靠近 PSII 的位置。后一种差异可能会引发一个问题，即它与在存在和不存在 α-CA4 的情况下适应增加的光照期间 D1 蛋白含量变化的差异之间的因果关系。α-CA4 的缺失不影响突变体与 WT 类囊体中通过光系统 I (PSI) 的电子传输速率，但导致从 H 2 O 到 QA 的电子传输速率增加了 50-80%，证明α-CA4 靠近 PSII 的位置。后一种差异可能会引发一个问题，即它与在存在和不存在 α-CA4 的情况下适应增加的光照期间 D1 蛋白含量变化的差异之间的因果关系。