反射分光を利用した新規光合成測定パラメータの構築とそれを利用した変異体の選抜

• Project/Area Number: 18J40098
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 上妻 馨梨 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 光合成 / 分光反射 / 熱放散 / 光化学系

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、531nmと570nmの分光反射から算出されるPRI (Photochemical Reflectance Index)に注目することで、光合成応答の可視化を試みている。植物が光合成の代謝反応を上回る光エネルギーを受けた場合、使われない光エネルギーを熱へと変換する熱放散が誘導されるが、このメカニズムには光合成色素であるキサントフィルの構成比の変化（キサントフィルサイクル）が関与する。キサントフィルサイクルはチラコイド膜ルーメンのプロトン蓄積による酸性化によって誘導されることから、ルーメン環境をPRIでモニターできると期待した。本年度はハイパースペクトルカメラを顕微鏡と接続した測定システムを作製し細胞レベルでのPRI検出を試みた。このシステムを葉緑体レベルに発展させ、光合成挙動のリアルタイムなイメージングを行っていく。また、光環境などの非生物的な環境ストレスだけではなく、植物にカビが感染した際のキサントフィル色素の変化をPRIシグナルで検出する生物的ストレス検出にも挑戦し、観測に成功した。この成果は植物病理研究や農業現場における病害の早期検出に貢献すると期待する。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of Photosynthetic Behaviors by Simultaneous Measurements of Leaf Reflectance and Chlorophyll Fluorescence Analyses (2019)
  • Author(s): Kohzuma Kaori
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: 150 Issue: 150
  • DOI: 10.3791/59838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological validation of photochemical reflectance index (PRI) as a photosynthetic parameter using Arabidopsis thaliana mutants (2018)
  • Author(s): Kohzuma Kaori、Hikosaka Kouki
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 498 Issue: 1 Pages: 52-57
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.192
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 葉緑体チラコイド膜のルーメン pH 可視化を目指して (2018)
  • Author(s): 上妻馨梨
  • Journal Title: 光合成研究 Volume: 28 Pages: 93-97
  • NAID: 40021671943
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 分光学的解析による光合成挙動の可視化 (2021)
  • Author(s): 上妻馨梨
  • Organizer: 岡山大学資源植物化学研究所共同研究ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] PsbM contributes to PSII supercomplex stability during prolonged dark incubation in higher plants (2020)
  • Author(s): 上妻馨梨,草場信
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] PRI as an index of plant environmental stresses (2019)
  • Author(s): 上妻馨梨
  • Organizer: 第83回日本植物学会年会
• [Presentation] 反射分光を用いた植物の強光乾燥ストレス応答の検出 (2019)
  • Author(s): 上妻馨梨, 彦坂幸毅
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会
• [Presentation] 反射分光を用いた光合成挙動のリモートセンシング (2018)
  • Author(s): 上妻馨梨, 彦坂幸毅
  • Organizer: 第82回日本植物学会
• [Presentation] 反射分光を用いた植物ストレスのリモートセンシング (2018)
  • Author(s): 上妻馨梨, 彦坂幸毅
  • Organizer: 第9回日本光合成学会
• [Remarks] 研究紹介（上妻馨梨） 植物の光合成
  • URL: https://kohzuma.wixsite.com/kaorikohzuma
• [Remarks] 研究紹介 植物の光合成（上妻馨梨）
  • URL: https://kohzuma.wixsite.com/kaorikohzuma
• [Funded Workshop] 第83回日本植物学会年会 JPR国際シンポジウム Imaging, screening and remote sensing of photosynthetic activity and stress responses (2019)