2018 Fiscal Year Annual Research Report

A model construction for ammonia assimilation process in conifer photorespiration

Research Project

Project/Area Number	16K07791
Research Institution	Forest Research and Management Organization
Principal Investigator	宮澤真一国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員等 (10578438)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	針葉樹 / アンモニア / グルタミン合成酵素 / 光呼吸 / 光合成 / 葉緑体型グルタミン合成酵素 / 被子植物
Outline of Annual Research Achievements	先行研究や申請者のこれまでの研究から、スギやマツなどの針葉樹では光呼吸代謝に必須とされるアンモニア同化酵素の１種（葉緑体型グルタミン合成酵素;GS2）が欠如していることがわかっていた。本課題では以下①～③の目標をかかげ、研究を実施した。 ①GS2の欠如は針葉樹を含む裸子植物に普遍的な特徴かどうかを検証する。 ②針葉樹と被子植物とでは、光呼吸代謝で発生するアンモニアの同化効率に差があるかどうかを検証する。 ③針葉樹の光呼吸代謝におけるアンモニア同化酵素の種類を特定する。その結果、①GS2の欠如はイチョウを除く、ソテツ類、グネツム類、針葉樹を含む裸子植物に普遍的な特徴であることを明らかにした。一方で、ゲノム情報や発現遺伝子情報をもとに、イチョウのGS2のアミノ酸構造を詳しく解析したところ、イチョウのGS2は被子植物のGS2と異なり、基質親和性を制御するアミノ酸部位の変異や酸化還元調節を行うシステイン残基の欠如が生じていることを明らかにした。②針葉樹であるスギやアカマツの葉は被子植物であるポプラやインゲンの葉にくらべて光呼吸代謝で発生したアンモニアの同化効率が顕著に低く、これらの針葉樹は葉から放出されるアンモニア量が被子植物よりも高いことを明らかにした。針葉樹と被子植物における、このような差異は本課題によって初めて明らかになったことである。③先行研究の結果およびスギのGSアミノ酸配列やアンモニア放出などの生理学的解析の結果を総合して判断した結果、針葉樹の光呼吸代謝で発生したアンモニアの同化酵素は、細胞質型グルタミン合成酵素（GS1）の１種であるGS1aである可能性が高いことを明らかにした。