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高CO2応答に関与する炭水化物シグナルの同定

Publicly Offered Research

Project AreaComprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
Project/Area Number 24114712
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionNational Institute of Agrobiological Sciences

Principal Investigator

徳富 光恵 (宮尾 光恵 / 宮尾光恵)  独立行政法人農業生物資源研究所, 植物生産生理機能研究ユニット, ユニット長 (70181980)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥24,960,000 (Direct Cost: ¥19,200,000、Indirect Cost: ¥5,760,000)
Fiscal Year 2013: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
Fiscal Year 2012: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
Keywords高CO2環境 / 光合成のダウンレギュレーション / 窒素欠乏 / イネ / 葉の発達段階 / 炭水化物の過剰蓄積 / シグナル
Research Abstract

1.光合成のダウンレギュレーションの分子メカニズムの解析
光合成のダウンレギュレーション(葉身Rubisco含量の低下)は典型的な植物の高CO2応答とされていたが、本現象は高CO2そのものではなく窒素欠乏に起因することがわかった。葉身Rubisco含量の低下は根から地上部への窒素同化産物(アミノ酸)の流入が抑えられるためと考え、地上部へのアミノ酸流入量の推定を試みた。しかし、導管液中のアミノ酸量は蒸散が抑えられると増えることがわかり、推定を断念した。
炭水化物の過剰蓄積が光合成のダウンレギュレーションの原因のひとつとされている。10日間高CO2処理を施すと、窒素欠乏条件では葉身デンプン含量が約9倍に増えたが、窒素充分条件では増大は約3倍だった。一方、葉身窒素含量は窒素条件によらずほとんど変化せず、その結果、C/N比は窒素欠乏条件でのみ増大することがわかった。これは、窒素が充分であれば、高CO2環境においても光合成産物は葉身に蓄積せず、生育のためのエネルギー源として利用されることを示している。
2.葉身サイズ変化の分子メカニズムの解析
窒素欠乏と高CO2それぞれが葉身サイズの変化を引き起こすことがわかった。7.0葉期(第7葉が完全展開)に高CO2処理を開始すると、窒素充分条件では、第9葉以降の葉身が短くなり、第10葉以降で葉身が狭くかつ厚くなることがわかった(CO2処理開始時点での発達段階はそれぞれP4、P3;葉原基=P1、完全展開葉=P6)。7.0葉期のイネに2日間高CO2処理を施すと、連続的な高CO2処理同様、P4葉が短くなり、P3葉の幅が狭くなることがわかった。2日間処理を施したP4葉のマイクロアレイ解析を行い、現在データ解析中である。個葉(最上位葉)の高CO2処理、最上位葉への糖添加でも、新たに展開した葉が短くなることがわかり、糖が葉身サイズの変化を引き起こすシグナルである可能性が示された。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Sites of action of elevated CO2 on leaf development in rice: Discrimination between the effects of elevated CO2 and nitrogen deficiency.2014

    • Author(s)
      Tsutsumi, K.
    • Journal Title

      Plant Cell Physiol.

      Volume: 55 Issue: 2 Pages: 258-268

    • DOI

      10.1093/pcp/pcu006

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nocturnal phosphorylation of phosphoenolpyruvate carboxylase in the leaves of hygrophytic C3 monocots2014

    • Author(s)
      Fukayama, H.
    • Journal Title

      Biosci. Biotechnol. Biochem. 印刷中

      Volume: 78 Issue: 4 Pages: 609-613

    • DOI

      10.1080/09168451.2014.891930

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] The effects of CO2 enrichment on the anatomy and photosynthesis of rice leaves2013

    • Author(s)
      Konno, M.
    • Organizer
      The 16th International Congress of Photosynthesis
    • Place of Presentation
      セントルイス(アメリカ)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparison of five plant-type phosphoenolpyruvate carboxylases from rice and identification of amino acid residues involved in the substrate affinity2013

    • Author(s)
      Muramatsu, M.
    • Organizer
      The 16th International Congress of Photosynthesis
    • Place of Presentation
      セントルイス(アメリカ)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Ammonium assimilation in the root of rice plants: comparison between water and soil cultures2013

    • Author(s)
      Miyazawa, S.-I.
    • Organizer
      Second International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
    • Place of Presentation
      プエルトバラス(チリ)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] イネ根型ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(PEPC)の機能解析2013

    • Author(s)
      村松昌幸,徳富(宮尾)光恵
    • Organizer
      第54回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] イネ葉緑体型PEPC(Ospcc4)は、光呼吸で発生したアンモニアの再利用に関わる2012

    • Author(s)
      宮澤真一,増本千都,和泉自泰,蓮沼誠久,徳富(宮尾)光恵
    • Organizer
      日本植物学会第76回大会
    • Place of Presentation
      姫路
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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