2014 Fiscal Year Research-status Report
乾燥下の光合成：地上進出を支えた新型最強の光エネルギー散逸機構の探索と機構解明
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26440139
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
伊藤 繁 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 名誉教授 (40108634)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 乾燥耐性 / 光耐性 / 光障害 / 光エネルギー移動 / 過剰エネルギー散逸 / 地衣類 / コケ / 蛍光寿命 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シアノバクテリアから被子植物までの多様な光合成生物のなかで、乾燥耐性生物のみがもつ「乾燥ストレスで誘導される過剰光エネルギー放出（drought-induced nonphotochemical quenching; d-NPQと我々が命名した）機構」の分子機構、多様性、進化を明らかにする。水が供給されない乾燥条件下では、吸収した光エネルギーを光合成で消費できないので、過剰な光エネルギーを逃がせない植物は光障害で枯死する。乾燥耐性の地衣類ではこの光障害を避けるために光エネルギーを直接熱として散逸するd-NPQ機構が働くことを我々は発見した。この多様性と分子機構を明らかにする。
(1) 45種の地衣類の乾燥条件下での光合成特性を調べた：活性測定をおこない、地衣類光合成の特性を明らかにした。乾燥耐性のスクリーニングを行い、８割の地衣類が高等植物には見られない特別な光エネルギー散逸機構（dNPQ）をもつことを示した。
(2) dNPQ の作用機構を解析した； この機構を持つ地衣種の同定、その程度と違いを明らかにした。蛍光収率を調べ、さらにピコ秒超高速測定で蛍光寿命を解析した。光エネルギー散逸物質の実体の検討をすすめている。緑藻とシアノバクテリアを内在させる地衣類間では機構が異なることが示された。
(3) 地衣以外の乾燥耐性植物でのd-NPQ機構の確認； ２種の乾燥耐性Rhytidium属のコケで乾燥耐性地衣類と類似の強力なd-NPQを蛍光測定で確認し、論文発表した。さらに多くのコケ、植物で検定をすすめている。系統的には近縁で共に乾燥耐性であるが、乾燥時の光耐性の違うコケを比較することで、乾燥下での光耐性(d-NPQ)は乾燥耐性そのものとは独立の機能であり、湿潤下での光耐性機構(NPQ)とも違うことを示した。論文投稿中。
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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
(1) ４５種の地衣類の乾燥条件下での光合成特性を調べた：活性測定をおこない、地衣類光合成の特性を明らかにした。乾燥耐性のスクリーニングを行い、８割の地衣類が高等植物には見られない特別な光エネルギー散逸機構（dNPQ）をもつことを示した。
(2) 新型光エネルギー散逸機構（dNPQ）の分布と機構を解析した； この機構を持つ地衣種、その程度と違いを明らかにした。蛍光収率を調べ、さらにピコ秒超高速蛍光寿命解析を行った。消光物質の実体の検討をすすめている。シアノバクテリアを内在する地衣類では異なる機構が示された。 予定どおりの進捗状況である。
(3) 地衣以外の乾燥耐性植物のd-NPQ機構の確認； 4種の乾燥耐性のコケで地衣類類似の強力なd-NPQを確認し、論文発表した。さらに多くのコケ、植物で検定をすすめている。系統的には近く共に乾燥耐性であるが、乾燥時の耐光性の違うRhytidium属コケ2種を比較し、乾燥耐性と（乾燥下での）光耐性は、別機構であること、これは湿潤下での光耐性機構(NPQ)とは直接関係が無いことを示した。論文投稿中。ほぼ予定どおりの進捗調教である。更に研究を勧め、単離光合成系を使うin vitroでの実験系を開発し、この確認と、分子機構の解明に繋げる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)ゲノム情報があり葉緑体やアンテナ複合体の単離も可能なヒメツリガネゴケは通常乾燥耐性をしめさないが、おそい乾燥処理で誘導できる。ｄ－NPQの誘導条件を決定し、単離光合成系でのｄ－NPQ実験を検討する。 (2) 乾燥耐性高等植物でのd-NPQ現象をさらに探索する。リュウゼツランなど３種の植物の蛍光寿命測定からd-NPQる類似現象を確認した。アンテナタンパク質の単離が可能な植物を探し、in vitroの実験系をつくる。植物は一部培養している。 (3) ヒメツリガネゴケから葉緑体を単離しアンテナ色素複合体をblue native ゲル上で解析する。新規開発のファイバー分光―顕微鏡系で、ゲル上で直接、蛍光、吸収特性を測定する。d-NPQの原因となる複合体を決める。 (4)地衣体内部の共生環境の解明；代表的な地衣体内部のゲスト (当面はモミジツメゴケ内に共生のシアノバクテリアNostocとイワカラタチゴケ内の緑藻トレボキシア) の1細胞ごとの色素系分化を共焦点顕微鏡で蛍光スペクトルを解析し、乾燥にともなう系Ⅰ、Ⅱアンテナ変化を調べる。PAMで地衣体各部位での光合成活性を検討する。 (5) wetでしか起こらないNPQの分子機構解明へのd-NPQ機構理解の利用と応用;高等植物の複数の光傷害回避機構の分子機構にはまだ疑問があり、in vitroでの再現もむずかしい。乾燥で生じるd-NPQ機構はアンテナタンパク質の状態変化に依存する機械的応答であると考えられ、原因アンテナタンパク質を同定できれば、原理の応用も期待できる。
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| Causes of Carryover |
多様なコケ、地衣種の試料を、粉砕し内部葉緑体や光合成系を単離する有効な調製法が試行段階にあり。大希望展開にいたっていないため、費用のかかる、生化学関連の研究を次年度にまわした。一方、天然試料の採取は順調にすすみ、装置の消耗維持費も最小限に抑えられたため、良好費用対効果がもたらされた。次年度以降に繰り越した費用は装置の感度向上と、新たな測定系の開発のために使用する。国際学会での成果報告にも使用する予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国際会議発表（ドイツ、ハンガリー）、分光部品購入、生化学材料費を 基本計画にさらに加算する。生化学関係を重点に予算配分をする。
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Research Products
(7 results)
