2022 Fiscal Year Research-status Report

Biological significance of leaf reddening in plants under wintering; verification of the multiple roles of anthocyanin

Research Project

Project/Area Number	22K06263
Research Institution	Nara Women's University
Principal Investigator	酒井敦奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (30235098)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	アントシアニン / 赤色化 / 低温ストレス / 光ストレス / 葉温 / 低温光傷害 / 光化学系II量子収率
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では、「冬季越冬中の植物の葉において、アントシアニンの蓄積による赤色化が誘導されるのはなぜか？」という問いに答えるため、アントシアニンの蓄積が葉内光環境、温度環境、および葉の生理学に及ぼす影響について調査することとしている。2022年度の主な研究実績は下記の通りである。 (1) 秋季落葉時に見られる紅葉・黄葉の過程における、葉の色素含量および光照射下における葉温の変化の調査を行った。紅葉・黄葉過程における光照射下での葉温は複雑な挙動を示し、アントシアニン含量だけではなくクロロフィルやカロテノイドなどの光合成色素の含量、光合成の量子収率、蒸散、水分含量など多くの要因の影響を受けることが示唆された。光照射下における葉温の測定・評価時には、これらの要因についても考慮・統制する必要があることが明らかとなった。 (2)　葉の赤色化を誘導する条件について検討を行った。スイバの切取り葉に関しては低温インキュベータ内で数日間の蛍光灯照射下に置いた後、常温に戻すことで効果的に赤色化を誘導できた。シロイヌナズナの鉢植えに関しては低温室内にて蛍光灯による近接・連続光照射下に数日間置くことで赤色化を誘導できたが、その際の葉温は20℃を超えていることが判明した。いずれの結果からも、葉の赤色化には葉温が高い状況が存在する必要であることが示唆される。 (3) 上記方法により赤色化を誘導したシロイヌナズナの葉を用いて、低温・光照射下における葉温、低温・強光照射に伴う光化学系II量子収率の低下、およびその後の回復について調査した。その結果、赤色化した葉は緑色のままの葉に比べ低温・光照射下における葉温が高く、低温・強光照射処理に伴う光化学系II量子収率の低下幅が小さいことがわかった。この結果は、本研究課題の作業仮説に合致しており、今後の解析の基盤となるものである。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason スイバおよびシロイヌナズナを用いた葉の赤色化誘導条件が確立したこと、シロイヌナズナの赤色化葉について低温光照射下での葉温の上昇と低温光ストレスに対する耐性の上昇が確認できたことの二点については、研究が順調に進捗していることを示している。しかしながら、研究実績の概要(1)に示した通り、光照射下における葉温の決定に関与する因子は、アントシアニン含量以外にも多く存在することが示唆された。また、(2)葉の赤色化を誘導するために必要な条件については、当初予測していた「低温下での光ストレス」だけではなく、葉の温度が高い／高い時期が存在する必要がある可能性が示唆されており、実際に何を感知しどの様な仕組みでアントシアニンの合成・蓄積が誘導されるのかについて疑問を投げかけている。また、(3) 低温光照射下において赤色化葉が緑色葉よりも高い葉温、高い低温光傷害防止能を示すことは確認できたものの、そうした違いが検出できる光・温度環境条件は比較的狭いことも示唆されている。これらの諸点について、さらに詳細な検討を行う必要が出てきたことに加え、研究成果の取りまとめ・発表に関する実績がまだないこと、紫外光の関与に関する検討、再構成モデル葉を用いた解析、数理モデル構築に必要な基礎データの蓄積が未了である点などから、「やや遅れている」の評価を選択した。
Strategy for Future Research Activity	二年目（2023年度）は、(1)光照射下における葉温の決定に関与する因子の洗い出し、(2)低温・光照射下における赤色化の際、葉が実際に何を感知しどの様な仕組みでアントシアニンの合成・蓄積を行うのか、(3) 低温光照射下において赤色化葉が緑色葉よりも高い葉温、高い低温光傷害防止能を示すことができる光・温度環境条件の範囲の調査を行い、それらの成果を取りまとめて発表するとともに、低温光照射下における赤色化誘導や低温光傷害に対する紫外光の関与に関する検討、再構成モデル葉を用いた解析、数理モデル構築に必要な基礎データの蓄積を行う。三年目（2024年度）は、それら二年次の成果を取りまとめ発表すると同時に、二年次までに得られたデータをもとにシミュレーション解析を行う。