2016 Fiscal Year Research-status Report
新たな光呼吸抑制機構の解明と作物光合成能改良への応用
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15K14638
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
上野 修 九州大学, 農学研究院, 教授 (70414886)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光呼吸 / ミトコンドリア / アカザ属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アカザ属の11種を夏期に育成し、光合成・光呼吸特性を調査した。また、シロザを温度と土壌窒素分を変えて育成し、光合成・光呼吸特性の発現に及ぼす環境の影響を調査した。葉切片を光顕で観察した。また、葉組織における光呼吸酵素グリシンデカルボキシラーゼ(GDC)の局在性を免疫組織学的に調査するとともに、CO2補償点を測定した。
アカザ属植物では維管束鞘細胞(BSC)に含まれるオルガネラの量と配置に連続的な変異が見出された。3種はBSCに葉緑体やミトコンドリアをあまり含まないC3型、4種はBSC内に求心的に配置したオルガネラを多く持つproto-Kranz型、2種はこれらの中間的な特徴を示した。残りの2種はBSC内に求心的に配置した多量のオルガネラをもつC3-C4中間型であった。CO2補償点は葉の内部構造と一致して、C3型からC3-C4中間型の値まで連続的に変異した。このようにアカザ属ではC3型のほかproto-Kranz型やC3-C4中間型を含み、C4植物の初期進化過程を研究する上で価値があることが見出された。
シロザでは、低温より高温で、また標準区より低窒素区で、葉肉細胞に比べBSCにおけるGDCの蓄積割合が増加するとともにCO2補償点が低下することを見出した。このように、シロザでは高温および低窒素土壌環境で生育するとC3-C4中間特性が強く発現することを明らかにした。
イネ科C3,C4種の葉肉細胞におけるミトコンドリアの細胞内配置を調査した。C3種の葉肉細胞では、ミトコンドリアは光呼吸によるCO2の損失を抑制するように葉緑体の内側に配置しているが、光呼吸によるCO2の発生がないC4植物の葉肉細胞では、ミトコンドリアはこのような配置を示さず、細胞壁に隣接して配置していることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
生育環境によってC3-C4中間光合成特性の発現が調節されていることが初めて見出された。また、イネ科植物の葉肉細胞におけるミトコンドリアの配置がC3型とC4型で異なるという副次的な事象が見出された。
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| Strategy for Future Research Activity |
アカザ属における光合成・光呼吸特性の種間変異について引き続き研究を行う。特に、葉肉細胞と維管束鞘細胞におけるオルガネラの定量化と、光呼吸酵素の免疫電子顕微鏡法による細胞間発現の定量化を中心に解析を進める。シロザにおけるC3-C4中間光合成特性の発現に及ぼす環境要因の影響については、コントロールとしてC3植物を加えて再度解析を試みる。
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