葉緑体局在型グルタミン合成酵素による光呼吸系調節の分子機構解明

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08454259
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 京都府立大学
• 研究代表者: 竹葉 剛 京都府立大学, 生活科学部, 助教授 (10046500)
• キーワード: 光呼吸 / グルタミン合成酵素 / Rubisco / 活性酸素 / CO_2

研究概要

光呼吸は約40年前に発見されたが、永く光合成の効率を下げる代謝系であると考えられてきた。そのため、光呼吸系を抑制することにより作物の収量を増加させようとする研究が世界中で展開された。ところが、光呼吸系酵素を薬剤により抑制した場合^3や、光呼吸系に欠損のある変異株^<8.9>では、いずれも通常の生育条件下で死滅することが明らかとなり、光呼吸系は植物に必要である、と認識されるようになった。しかし、その理由については、学会のコンセンサスがない状況であった。
光呼吸は、CO_2の供給が制限されるときに、RubiscoがO_2と反応してできるグリコール酸の代謝系であり、その代謝系の詳細はすでに確立している。しかし、現象については、いくつかの誤認識がある。その1は、光呼吸系で発生するCO_2は葉の外に出て失われる、という点である(実際には、光呼吸系で発生するCO_2は葉の外に出ない)。光呼吸系は、in vivoでは、Calvin回路とリンクしたC2/C3回路を形成し、葉の外部からのCO_2の供給が制限されるときに、葉の内部でCalvin回路を駆動させる役割を持つ。
光傷害は、光化学系の産物であるATP/NADPHが消費されず、光化学系全体が還元状態となっているときに強光が照射されると活性酸素種が生成し、その活性酸素により引き起こされる現象である^<1.11>。光呼吸系は、C2/C3回路によりATP/NADPHを消費することにより、強光照射下でも電子伝達を活発にし、活性酸素の生成を防いでいる、と考えられる。この考え方が妥当であることを、形質転換タバコを用いて明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Kozaki,A. and Takeba,G.: "Photorespiration protect C3 plants from photooxidation." Nature. 384. 557-560 (1996)
• [文献書誌] Teramoto,H., Toyama,T., Takeba,G.: "Noncoding RNA for CR20, a cytokinin-repressed gene of cucumber." Plant Mol. Biol.32. 797-808 (1996)
• [文献書誌] Toyama,T., Teramoto and Takeba,G.: "The level of mRNA for psaL, which encodes a subunit of photosystem I, is increased by cytokinin in darkness in etiolated cotyledons of cucumber." Plant α Cell Phyoiol. 37. 1038-1041 (1996)
• [文献書誌] Teramoto,H., Momotani,E., Takeba,G. and Tsuji,H.: "Isolation and characterization of cDNAs for cytokinin-repressed genes." Plant Growth Regulation. 18. 59-70 (1996)
• [文献書誌] Toyama,T., Teramoto,H., Takeba,G. and Tsuji,H.: "Cytokinin induces a rapid decrease in the levels of mRNAs for catalase, 3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA reductase, lectin and other unidentified proteins in etiolated cotyledones of cucumber." Plant Cell Physiol. 36. 95-114 (1995)
• [文献書誌] Teramoto,H., Toyama,T., Takeba,G. and Tsuji,H.: "Changes in expression of two cytokinin-repressed genes, CR9 and CR20, in relation to aging, greening and wounding in cucumber." Plauta. 196. 387-395 (1995)
• [文献書誌] Takeba,G.: "Photorespiration is an essential mechanism for the protection of C3 plants from photooxidation. In Stress Responses of Photosynthesis Organisms : Molecular Mechanisms and Molecular Regulations (eds. Satoh K. and Murata, N. ) Heidelberg" Springer Verlag, (in press), (1997)