光エネルギー捕捉系を改変し光合成能を高めた形質転換植物の作製

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12354009
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田中 歩 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (10197402)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 保坂 秀夫 日本曹達株式会社, 農業化学品事業部, グループ長 ; 田中 亮一 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (20311516) ; 原 登志彦 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (80183094)
• Keywords: CAO / 光合成 / クロロフィル / 光エネルギー / 集光装置

Research Abstract

植物は光エネルギーを利用して光合成を行っており,光エネルギーをどれだけ集めるかは植物の生産性に直接関係している。野外では植物は光環境や栄養条件に応答して光エネルギー捕捉装置の大きさを調節して最適な光合成を実現している。しかし,人間が作った栽培条件では,植物は必ずしも最高の生産性を示していない。集光装置を大きくすることは、光不足の栽培条件下では生産性の向上に必要でと思われる。
集光装置の大きさを制御するのは、光化学系を構成する蛋白質ではなく、周辺集光装置を構成するクロロフィルbの合成活性と考えられてきた。我々が単離したCAOは二段階の酸素添加反応を触媒し,クロロフィルaをクロロフィルbに転換する酵素であり、クロロフィルb合成を単独で調節していると考えられる。そこで、シロイヌナズナの野生型,及びクロロフィルb欠損株に、35Sプロモーター制御のCAOを導入した。導入した株を様々な光条件下で育て、クロロフィルbの蓄積を調べた。その結果、CAOの発現が誘導されている株ではクロロフィルbの合成が高まり、野生型より低いクロロフィルa/クロロフィルb比が得られた。さらに集光装置の大きさを調べるため、色素蛋白質複合体を電気泳動で分離し、コア複合体とアンテナ複合体の量比を調べた。その結果、CAOを導入した株では、集光装置が約20%大きくなったことが示された。現在のところ集光装置は、期待ほど大きくなってはいないが、この結果は、集光装置の大きさを遺伝子工学的に大きくすることが可能なことを示している。今後さらにCAOの発現が大きな株を単離し、成長との比較をする予定である。

Research Products

• [Publications] R.Tanaka: "Overexpression of chiorophyllidea oxygenase (CAO) enlarges the antenna size of photosystem II in Arabidopsis thaliana"The plant J. (in press). (2001)
• [Publications] S.Satoh: "Chlorophyll b expressed in cyanobacteria functions as eight-harvesting antenna in photosystemII through flexibility of the proteins."J.Biol.chem.. 276. 4293-4297 (2001)
• [Publications] U.Oster: "How chlorophyll b is made : cloning and functinal expression of the gene encoding the key enzyme for chlorophyll b biosynthesis (CAO) from Arabidopsis theliana."The plant J.. 21. 305-310 (2001)
• [Publications] E.W.Juergen: "Photosynthetic apparatus organization and function in the wild type and a chlorophyll b less mutant of chlamydomonas reinhardtii."Planta. 211. 335-344 (2000)