2019 Fiscal Year Annual Research Report
針葉樹の炭素固定量予測モデルの精緻化に向けた光呼吸代謝の解明
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19H03006
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大宮 泰徳 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 林木育種センター, 主任研究員 等 (70360469)
鈴木 雄二 岩手大学, 農学部, 准教授 (80374974)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 針葉樹 / 被子植物 / 広葉樹 / 光呼吸 / 光合成 / 安定同位体 / 代謝 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光呼吸代謝はCO2固定酵素であるルビスコが酸素と反応することで開始され、代謝経路からCO2を発生する。そのため、光呼吸代謝は植物の炭素固定量に直接影響を与える。
一方、最近になって、針葉樹は光呼吸代謝に必須とされる葉緑体型グルタミン合成酵素（Glutamine Synthetase 2）が欠如し、針葉樹は被子植物とは異なる新奇の光呼吸代謝を有することが示唆された（Miyazawa et al. 2018；Journal of Plant Research）。針葉樹の光呼吸代謝の詳細を明らかにするため、被子植物で知られている光呼吸に関連する代謝物の含量を針葉樹および広葉樹を含めた様々な樹種の葉について調べることにした。森林総研・樹木園に育成する広葉樹および針葉樹、各15種について、2019年8月晴天日、これらの樹種の葉を採取し、すぐさま液体窒素によって凍結した。凍結した葉は粉砕機によって粉砕し、クロロホルム・メタノール混合液によって代謝物を抽出した。ガスクロマトグラフ型質量分析装置、高速液体クロマトグラフおよび分光光度計を用いて、光呼吸に関わる代謝物である、グリセリン酸、グリオキシル酸、グリコール酸、グリシン、セリン、グルタミン酸、グルタミンを定量した。
その結果、針葉樹の葉は広葉樹の葉に比べて、グリセリン酸含量が顕著に低く、一方でグリオキシル酸含量が高いことが明らかになった。他の代謝物の含量に有意な差は見られなかった。
遺伝子情報データベースを用いて、これらの代謝物の生成に関わる酵素のアミノ酸配列を針葉樹と被子植物で比較したところ、両者の配列が大きく異なることが明らかになった。現在、これらの酵素の活性を針葉樹と被子植物で比較している。さらに、光呼吸代謝物の動態について詳しくモニターするため、フリーズクランプシステムを現在作製し、テストを計画している。
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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
令和元年度研究計画の進捗状況について以下にまとめる。
(1)フリーズクランプシステムの作製（担当：宮澤） システムに必要なマスフローコントローラーと酸素安定同位体ガス（18O2)等を購入し、システムに必要なチャンバーを設計して作製済みである。現在、システムを組み上げ、試験を行う段階にある。また、当初は予定していなかったが、様々な樹種を用いて代謝物分析を行ったことで、実験の具体的な方向性が定まったと考えている。
(2)GS1a発現抑制スギの作製開始（担当：大宮） GS1aの発現を抑制した遺伝子組換えスギ（GS1a発現抑制スギ）を作製するための遺伝子配列を設計し、現在、導入核酸分子（ベクター）を構築中である。ベクターを導入するスギ培養細胞の培養を開始し、導入に向けて継代培養を続けている。
(3)生理活性を有する針葉樹ルビスコ抽出条件の検討（担当：鈴木） スギから活性をもつルビスコを単離することができたが、活性が低く、現在、抽出条件の改良を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
おおむね順調に計画を達成しており、引き続き、研究を遂行する。
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