植物のポリアミンは光合成を促進し乾燥ストレス適応に役立っているのか

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07526
• 研究機関: 北里大学
• 研究代表者: 坂田 剛 北里大学, 一般教育部, 講師 (60205747)
• 研究分担者: 安元 剛 北里大学, 海洋生命科学部, 講師 (00448200) ; 石田 厚 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (60343787)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ポリアミン / ルビスコ

研究実績の概要

全ての生物の細胞内に高濃度で存在するポリアミンは気相のCO2を液相中へ捕捉し無機炭素化合物として濃縮する働きがある。このポリアミンの働きによって植物の光合成が促進される機構の検討を行った。
ポリアミン溶液を一晩付与した葉では，光合成によるCO2の利用効率CE(葉内空隙のCO2濃度上昇当たりの光合成の増加割合）と，葉内空隙から葉緑体までのCO2拡散コンダクタンスgmが，人工導管水を付与した葉に比べて統計的に有意な増加を示した。また，一晩人工導管水を付与した葉は低CO2条件によってgmが増加したが，ポリアミンを付与した葉では，低CO2条件によってgmがさらに上昇することはなかった。従って，昨年度報告した，葉が低CO2条件に応答して光合成能力を上昇させる機構には，葉のポリアミンが関与していることが示唆された。
また，小笠原諸島の父島の乾性低木林において昨年度選定を行った小笠原固有種5種を対象にした調査を行った。5種の光合成速度，気孔開度（コンダクタンス），葉内CO2濃度の日変化を観測した結果，日中における光合成速度と，葉内CO2濃度の変動幅の大きな種と小さな種が存在することが明らかになった。これらの葉にポリアミンの生合成阻害剤を付与した状態で，同様の日変化測定を行った。日変化測定を行った葉の一部は，液体窒素で凍結固定し，冷凍したまま研究室に持ち帰った。これらの葉のポリアミン量・組成，およびルビスコ量と活性を測定し，日変化測定した光合成速度やその変動にポリアミンがどのような影響を与えているか検討を行う予定である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

昨年度も，計画していた実験の大半を行うことができた。葉のポリアミンによる光合成促進について，当初の予想を裏付ける実験結果が得られている。一方，細胞外水の採取と微量のサンプルからポリアミンを定量する方法の開発には，当初計画から若干の遅れが生じている。以上の理由から，本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

昨年度予定していた，細胞外水の採取と，微量のサンプルからのポリアミン定量方法の開発を引き続き行いプロトコル開発を完了させる。また，光合成においてCO2を固定する酵素であるルビスコの活性評価も併せて行う必要が生じたので，大量のサンプルを効率よく測定するため，質量分析計を用いた新プロトコル開発を合わせて行うこととした。それ以外は，当初計画通りに研究を推進してゆく予定である。

次年度使用額が生じた理由

平成29年度に予定していた，微量サンプルからのポリアミン抽出・定量プロトコルの開発とサンプル定量を完了することができなかった。そのため，ポリアミン定量に使用する予定であった物品費を使用しなかった。平成29年度末には，プロトコル開発がほぼ完了しており，次年度（平成30年度）にプロトコル開発を完了し，次年度使用額を使用してポリアミン定量を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Physiological mechanisms of drought-induced tree die-off in relation to carbon, hydraulic and respiratory stress in a drought-tolerant woody plant (2017)
  • 著者名/発表者名: Saiki Shin-Taro、Ishida Atsushi、Yoshimura Kenichi、Yazaki Kenichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 2995
  • DOI: 10.1038/s41598-017-03162-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ポリアミンによる光合成への寄与とその日変化の種間比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松山 秦（京大 生態研），後藤 大也（北里大 海洋），河田 凛（北里大 海洋），才木真太朗（京大 生態研），関川 清広（玉川大 農），中野 隆志（富士山科学研），安元 剛（北里大 海洋），神保 充（北里大 海洋），渡部 終五（北里大 海洋）
  • 学会等名: 日本生態学会第65回大会
• [学会発表] 分布南限域（北アルプス立山）における周極植物チョウノスケソウの個葉特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関川 清広（玉川大 農），和田 直也（富山大 極東研セ），坂田 剛（北里大 一般教育）
  • 学会等名: 日本生態学会第65回大会
• [学会発表] シアノバクテリアの光合成にポリアミンが及ぼす影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 篠塚 翔太（北里大 海洋），安元 剛（北里大 海洋），天野 春菜（北里大 海洋），神保 充（北里大 海洋），水澤 奈々美（北里大 海洋），渡部 終五（北里大 海洋），坂田 剛（北里大一般），廣瀬 美奈（トロピカルテクノプラス），安元 純（琉球大 農）
  • 学会等名: 日本水産学会春季大会
• [学会発表] ポリアミンによる光合成の促進 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂田 剛（北里大 一般教育），安元 剛（北里大 海洋），中野 隆志（富士山科学研），関川 清広（玉川大 農），杉村 尚倫（北里大 海洋），松山 秦（京大 生態学研），神保 充（北里大 海洋），渡部 終五（北里大 海洋）
  • 学会等名: 日本ポリアミン学会第9回年会
• [学会発表] NMRを用いたポリアミンの大気CO2の捕捉能力の検証とポリアミンに捕捉されたCO2のRubisco基質としての機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安元 剛（北里大 海洋），坂田 剛（北里大 一般教育），廣瀬 美奈（トロピカルテクノプラス），安元 純（琉球大 農），安元（森）加奈未（徳島文理大学 香川薬学部），神保 充（北里大 海洋），渡部 終五（北里大 海洋）
  • 学会等名: 日本ポリアミン学会第9回年会
• [学会発表] 葉内のCO2不足が誘導するポリアミンによる光合成促進 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河田 凜（北里大 海洋）, 坂田 剛（北里大 一般教育）, 安元 剛（北里大 海洋）, 関川 清広（玉川大 農）, 松山 奏（京大 生態学研）, 後藤 大也（北里大 海洋）, 神保 充（北里大 海洋）, 渡部 終五（北里大 海洋）
  • 学会等名: 日本ポリアミン学会第9回年会
• [学会発表] ポリアミンがシアノバクテリアの光合成に及ぼす影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠塚 翔太（北里大 海洋），安元 剛（北里大 海洋），坂田 剛（北里大 一般教育），神保 充（北里大 海洋），安元 純（琉球大 農），廣瀬 美奈（トロピカルテクノプ），渡部 終五（北里大 海洋）
  • 学会等名: マリンバイオテクノロジー学会
• [備考] 北里大学 一般教育部 自然科学教育センター 生物学単位 HP
  • URL: http://www.clas.kitasato-u.ac.jp/bio/