2014 Fiscal Year Research-status Report
針葉樹における光合成の安全弁―酸素還元反応―の解析と応用
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26450200
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
津山 孝人 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (10380552)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光合成 / メーラー反応 / water water cycle / 針葉樹 / 裸子植物 / 被子植物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
針葉樹・裸子植物は葉緑体チラコイド膜における酸素還元反応の能力が被子植物よりも10倍高い。本研究では、裸子植物の高い酸素還元能の分子メカニズムを解明し、生理学的および生態学的意義を明らかにすることを目的としている。葉緑体チラコイド膜における酸素還元反応の候補としては、Mehler（メーラー）反応およびPTOX反応がある。スギ、ヒノキ、クロマツ、ドイツトウヒなどの芽生えを用いて、酸素還元反応への各種阻害剤処理の影響を調べた。酸素還元反応能の測定・評価は、生葉に飽和パルス光を照射し、その後のクロロフィル蛍光の減衰から求めた。その結果、DBMIB（Cyt b6f 複合体におけるPQ 受容体の阻害）により酸素還元反応は完全に阻害されることが分かった。この結果は、PTOX反応による酸素還元は極めて小さいことを意味する。
Mehler反応は、葉緑体において活性酸素の生成と消去を担う一連の反応、いわゆるWater-water cycleの基点となる反応である。また、Mehler反応は同サイクルの律速段階でもあると考えられている。これらの理由から、Mehler反応やWater-water cycleは植物の環境ストレス耐性との関連において大きな関心を集めてきた。本研究の結果は、環境ストレス耐性の強化を目的とした針葉樹の育種に有益な情報をもたらすことが期待できる。
生葉を用いて測定したMehler反応（Water-water cycle）の活性は通常非常に小さく、同反応の生理的意義を疑問視する向きもあった。このような矛盾は、Mehler反応の解析がホウレンソウやシロイヌナズナなどの被子植物を用いて行われてきたことに原因があると思われる。
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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
針葉樹・裸子植物における高い酸素還元能はMehler反応によるものであることが`明らかとなった。最近、藍藻においてMehler反応に関わる因子が同定された。相同性検索の結果、同遺伝子の相同物は裸子植物までは保存されていることが分かった。一方、被子植物はそのオルソログを持たないようであった。今後、裸子植物におけるMehler反応の遺伝子レベルでの解析を行う必要がある。一方、当該のオルソログを持たない被子植物がどのようにしてMehler反応を行っているかも興味深い課題である。
針葉樹におけるMehler反応の生理的意義の解明に関しては現在、変動光耐性を解析中である。予備的実験においては、Mehler反応が小さい被子植物は変動光照射により光合成の阻害が容易に起き、逆にMehler反応が大きい針葉樹は変動光に非常に強かった。
生態学的意義については生物地理学的な解析を目指して、九州（福岡、宮崎）の樹木を対象としてメーラー反応の能力の調査を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子スピン共鳴や遅延蛍光の測定などにより、針葉樹・裸子植物の酸素還元反応の主要因がMehler反応であることの証拠を蓄積する。針葉樹・裸子植物におけるMehler反応の生理的意義を明らかにするために、同反応の環境応答を調べる。Mehler反応（Water-water cycle）が必要とされる条件として乾燥や低温が考えられるため、これらの条件に対して針葉樹のMehler反応能がどのように変化するかを調べる。Mehler反応能が、季節、葉齢、樹齢でどのように変化するかも調べる。Mehler反応能を指標とする育種が可能かを検討ために、スギまたはヒノキの品種におけるMehler反応能の品種間差を調べる。一方、クロロフィル蛍光は酸素還元そのものを測定している訳ではなく、Mehler反応の間接的な証拠に過ぎない。酸素還元を直接測定するには、酸素の同位体（酸素16 と酸素18）を用いた質量分析法による実験が必要である。質量分析法による光合成測定を行い、クロロフィル蛍光の測定によるMehler反応能の評価を検証する。
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| Causes of Carryover |
遅延蛍光の測定によるMehler反応の解析には強光の白色LEDの導入など測定機器の改良が必要であった。この改良は現状では難しかったため、この実験そのものを延期した。一方、藍藻でMehler反応に関わる因子が報告された。これへの対応策として、平成２８年度に予定していた分子生物学的解析を２７年度に行うこととし、２６年度後半は文献調査などその準備を行った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
合成DNAや抗体など分子資材の購入に充てる。一方、遅延蛍光法によるMehler反応能の解析は、迅速で簡便な新規解析法として確立しなければならない。上記の遅延蛍光装置の改良、Mehler反応欠損株の利用、被子・裸子植物の比較などを通じて手法の確立を行う。九州と北海道の針葉樹についてMehler反応能の比較も行う。
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Research Products
(3 results)
