2019 Fiscal Year Research-status Report
菌従属栄養進化過程での光合成機能喪失の機序に迫るーサカネラン属を用いた解析―
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18K06400
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| Research Institution | National Museum of Nature and Science, Tokyo |
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Principal Investigator |
山下 由美 独立行政法人国立科学博物館, 植物研究部, 支援研究員 (30792543)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遊川 知久 独立行政法人国立科学博物館, 植物研究部, グループ長 (50280524)
末次 健司 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (70748839)
山下 俊之 奥羽大学, 薬学部, 教授 (90192400)
高木 大輔 東北大学, 農学研究科, JSPS特別研究員(PD) (80825654)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 菌従属栄養植物 / 光合成 / 光化学系II / 安定同位体比 / 色素体構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の菌従属栄養性獲得過程における光合成機能の進化を明らかにするのが、この研究の目的である。この目的を達成するには、独立栄養から菌従属栄養に進化した遺伝的に近縁な単系統群を用いることが必要である。申請者らはラン科サカネラン属17種の核と色素体遺伝子の複数座の塩基配列情報を用いて系統関係を解析し、普通葉と葉緑体を有する独立栄養種からこれらの形質を持たない菌従属栄養種へ進化し、さらにその中間段階に普通葉は退化するものの葉緑体を有するカイサカネランが位置することを明らかにしている。
初年度に日本産サカネラン属10種の自生個体の炭素と窒素の安定同位体比を調べ、同時に光合成機能を測定したところ、普通葉を持つ種では周囲の独立栄養植物と同等で、光合成による独立栄養生活を営むことが明らかになった。一方で、葉を持たない種では炭素と窒素の安定同位体比が独立栄養植物より高く、菌従属栄養生活を送っていることが明らかになった。それは植物体が緑色であるカイサカネランでも同様で、栄養を完全に菌に依存していた。同時に行った自生地での光合成機能測定では、葉を有しないが植物体が緑色であるカイサカネランでも量子収率、電子伝達速度共に0で光合成機能が無いことが明らかになった。
今年度はカイサカネランの光合成機能を実験室内で詳細に計測した結果、光化学系I，光化学系IIともに機能を有していないことが確認された。しかし、クロロフィルは残存し、電子顕微鏡観察によりチラコイド膜の構造などは未熟ながら色素体が存在しているが確認された。また光合成関連分子の遺伝子は一部偽遺伝子化した物の一部は残存していることが明らかになった。
次年度は残存する色素体の機能と存在意義をさらに詳細に解析する。また、属内の光合成関連遺伝子の残存状況を検証し、サカネラン属の光合成機能変化のプロセスを時間軸に沿って説明できる仮説を提唱する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度水害により立ち入れなかった自生地での研究は他の自生地での実験に変更して研究を継続している。ただ、新型コロナウイルス感染症の拡大防止措置により、今年度に研究成果を発表予定であった国際学会が延期されたので次年度に参加して研究成果を発表する予定である。また、最終年度に予定していた自生地での調査が実行可能かどうか、現時点では極めて不安定な状況であるが最大限の努力をして研究の完遂を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度及び2年度の結果を踏まえ今年度はカイサカネランの植物体に残存する色素体がどのような機能を有するかを実験室内でさらに詳細に検討する。
色素体関連分子の遺伝子解析から光化学系Iの機能は完全に失われているものの光化学系IIの機能が一部残存する可能性が明らかになっている。そこで、自生地での光環境情報を集めた上で、その条件の光照射下で一重項酸素などの過酸化物が産生されるかどうかを解析する。過酸化物の産生は植物体にとって極めて危険であり、多くの植物で精密な制御機構が機能している。しかし近年、そのような過酸化物がシグナル分子として機能し、感染防御などに一定の機能を有していることが明らかになっている。
栄養摂取を完全に菌に依存しているカイサカネランが緑色、すなわち色素体とクロロフィルを有する適応的意義を過酸化物産生を含めた色素体関連生産物の観点から明らかにするため、光照射下での過酸化物産生、またその条件下でのシグナル分子などの発現をRAD-Seqなどの手法を用いてで解析する。また、サカネラン属のその他の植物でも光合成関連遺伝子の残存状況を検証し、サカネラン属の菌従属栄養性の進化過程で起こった光合成機能変化のプロセスを時間軸に沿って説明できる仮説を提唱する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大防止のために参加予定であった台湾での国際学会が延期されたのでその分の旅費が支出できなかった。また、予定していた調査も行うことが出来なかったのでその分の旅費が支出できなかった。
国際学会は次年度の開催が予定されているのでその分の予定されていた旅費を使う計画である。また、予定されていた調査は新型コロナウイルス感染が下火になった時点で行う予定である。
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Research Products
(1 results)
