Study on a resistibility mechanism - Mehler reaction - of photosynthesis against light stress in conifer

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K06148
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 津山 孝人 九州大学, 農学研究院, 助教 (10380552)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 針葉樹 / 光合成 / メーラー反応 / ストレス耐性

Outline of Annual Research Achievements

裸子植物（針葉樹）は被子植物よりもメーラー（Mehler）反応の能力が約10倍高い。本研究は、針葉樹におけるメーラー反応の制御機構や生理的意義を明らかにすることを目的としている。
光合成電子伝達反応はチラコイド膜における二つの光化学系（系Iおよび系II）によって駆動される。まず、系Ⅱにおいて光のエネルギーを利用して水分子が分解され、生成した電子が電子伝達鎖に供給される。電子は系Ⅱから系Ⅰを経てNADP+へと伝達される。この一連の反応はリニア（linear）電子伝達反応と呼ばれる。生成したNADPHとATP（リニア電子伝達と共役して合成される）は炭酸固定やその他の代謝で消費される。メーラー反応は、リニア電子伝達反応においてNADP+が不足する状況下で、系Ⅰ下流で起きる酸素還元反応であり、電子伝達鎖の還元レベルを調節する役割を担う。
メーラー反応の解析における障害は競合する系Ⅰサイクリック電子伝達反応の存在である。系Ⅰサイクリック電子伝達反応は系Ⅰ下流から電子伝達体鎖へと電子を戻す反応である。メーラー反応と系Ⅰサイクリックは互いに電子を奪いあう関係にあり、いずれも検出が非常に難しい。最終年度は、今後の研究を見据え、系Ⅰサイクリック電子伝達反応の検出を試みた。その結果、系Ⅰ反応中心クロロフィルP700の酸化還元状態の変化から同反応の検出が可能であることが分かった。P700の酸化還元にはリニア電子伝達の寄与が大きいが、恐らくは、リニアとサイクリックの速度定数が異なり、そのために両反応を分けて検出することが可能であったと思われる。
期間を通じての結果としては、メーラー反応、系Ⅰサイクリック電子伝達反応、および、リニア電子伝達反応を分けて検出できることが可能になったことが挙げられる。この成果は、今後の光合成の機能解析に貢献することが期待できる。