2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of loss of photosynthetic function during mycoheterotrophic evolution - analysis using Neottia (Orchidaceae)-
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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 / 光阻害 / 一重項酸素 |
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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。
初年度および２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て、普通葉を持つ種が独立栄養植物と同等に光合成による独立栄養生活を営むこと、一方、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ることを明らかにした。その中で葉を持たず植物体が緑色であるカイサカネランは栄養を完全に菌に依存していたが、自生地での光合成機能測定で量子収率、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。さらに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ともに本来の機能を有していないことが確認された。
最終年度はカイサカネランの色素体および光合成関連遺伝子を詳細に解析し、未熟ながら色素体構造が細胞膜に存在することを確認した。本研究により、菌従属栄養植物の光合成機能は菌への栄養依存性が増大するに従って失われるが、その際、光化学系IIの喪失が先行することが明らかとなった。残存する光化学系Iの存在意義として、光照射によって生じる一重項酸素によって共生菌の病的作用を減弱させるように働く可能性が示唆された。
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