2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of a novel mechanism to reduce photorespiration and the application to improvement of crop photosynthesis
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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 / C3-C4中間植物 / グリシンデカルボキシラーゼ / CO2補償点 / 葉構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アカザ属のC3型３種、proto-Kranz型２種、C3-C4中間型２種を用いて、C3型からC3-C4中間型光合成の進化における葉の構造的生化学的変化を、電子顕微鏡を用いて詳細に調査した。CO2補償点はC3型からproto-Kranz型、さらにC3-C4中間型へと徐々に低下した。これに伴い、葉肉(M)／維管束鞘(BS)組織比とM細胞／BS細胞のサイズ比も低下した。また、BS細胞に含まれる葉緑体とミトコンドリアの数、並びにそれらの求心的配置割合も増加した。このとき葉緑体のサイズは変化しなかったが、ミトコンドリアのサイズは増大した。一方、M細胞に含まれる葉緑体とミトコンドリアの数およびサイズは変化しなかったが、ミトコンドリアの細胞内の配置が変化し、徐々に細胞壁側に配置するミトコンドリアの割合が増加した。光呼吸酵素グリシンデカルボキシラーゼ(GDC)は、C3型では主にM細胞に蓄積していたが、proto-Kranz型ではM細胞とBS細胞の両方に蓄積し、C3-C4中間型ではBS細胞のみに局在するように変化した。以上より、アカザ属ではC3型からproto-Kranz型、C3-C4中間型へと連続的な構造的生化学的な変化が起こることにより、光呼吸によるCO2の損失が抑制されるようになると考えられた。
次に、proto-Kranz型のシロザとC3型のキノアを温度と土壌窒素分を変えて育成し、C3-C4中間特性の発現に及ぼす環境の影響を調査した。昨年度と同様に、シロザでは低温より高温で、また標準区より低窒素区で、M細胞に比べBS細胞における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再確認した。一方、キノアではこのような変化が起こらず、常にC3型に典型的な特徴を示した。以上より、シロザでは高温および低窒素環境によりC3-C4中間特性の発現が促進されることが明確となった。
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