2022 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of ultra-fast excitation energy dissipation in lichens, algae, mosses and plant under drought stress and its application
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17K07440
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
伊藤 繁 名古屋大学, 理学研究科, 名誉教授 (40108634)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 准教授 (90223297)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 乾燥耐性 / 地衣類 / 光合成 / 光反応 / 非光化学的消耗 / 蛍光寿命 / 藻類 / シアノバクテリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成反応は太陽光エネルギーを生命に取り込む。しかし、過剰な光は、光合成色素系を破壊する。この回避には、「非光化学的消光機構：nonphotochemical quenching:NPQ」が働き、光エネルギーを熱に変え、水の蒸散で冷却する事が知られ、分子機構も解明されつつある。だが、水不足の乾燥下ではNPQははたらかず、光エネルギーは有害ラジカルを生じて、多くの種は枯死する。しかし、乾燥耐性光合成種は多い。本研究では、「乾燥耐性種には、“乾燥誘導性の過剰光エネルギー散逸機構（drought-induced NPQ; d-NPQ）”が存在する事」を示し、その同定法、分布、機構を明らかにした。
端緒は、自主開発した、ストリークカメラ・超高速蛍光寿命測定装置による、多種な生物種のクロロフィル蛍光寿命の測定だった。一部の苔、地衣類は乾燥下で異常に速い蛍光（励起エネルギー）減衰を示し、加水で回復すること（d－NPQ現象）を発見し、乾燥耐性との関連に気づいた。d－NPQは乾燥で、色素系内に発動され、超高速（10ピコ秒）で光エネルギーを熱散逸させ、光傷害を防止する。100近い種を調べ、地衣類（藻類やシアノを体内共生する菌類）、コケ、シアノバクテリアに特にこの能力が分布する事を明らかにした。さらにNostoc種のシアノバクテリア（地衣類の多くに共生）の研究から、「d-NPQは光化学系Ⅱ反応中心内でおこる」、シアノバクテリアのフィコビリゾーム内には「別の独立したd－NPQ系」があることを示した。
機構解明のために、理論家と共同で、反応中心上でのエネルギー移動過程を理論面から検討した。計算機上に既知４種の1型反応中心の励起子理論モデルを構築し、その分光特性、エネルギー移動過程の再現、可視化、人為的な改変の理論面からの評価を可能にした。多様な種のd－NPQ過程の理論的検討を進めている。
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