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野外環境において植物の受ける光環境は、天候や植物体同士の相互被陰によって一日を通して常に変動している。本年度は、光合成の鍵酵素であるRubiscoの活性化を促進することによって、変動光環境における光合成能力の強化を目指した。これまでの申請者らの研究成果によって、Rubiscoは弱光環境では不活性化し、その後、光が突然あたってもすぐに活性が増加しないこと、そして、不活性化したRubiscoを再活性化するRubisco activaseの量を減少させた形質転換体イネとタバコでは、光合成誘導時間が著しく遅延することを明らかにしてきた。そこで本研究では、Rubisco activase過剰発現体イネを用いて、光合成誘導時と長期的に変動する光に対する光合成応答を解析した。その結果、Rubisco activaseを過剰発現することによって、光合成誘導が促進され、変動光下における光合成や植物成長を大きく改善することを明らかにした。
また、栽培光環境が光合成の変動光応答に及ぼす影響を明らかにすることは、自然条件下における光阻害耐性植物創出にとって重要である。先行研究では、光のエネルギーを化学エネルギーに変換する光化学系 I と 光化学系IIのうち、強い光を当て続けたときに主に損傷をうけるのは光化学系 II であること、また、強光で栽培した植物ほどこの損傷に耐性であることが知られていた。本研究において、数種類の植物に変動光を与えて、損傷を比較したところ、弱光環境下でも生育する耐陰性の強いクワズイモの光化学系 I は損傷を受けにくく、しかも、栽培時の光強度が弱いほど光化学系I の「変動光」耐性が強いことを明らかにしました。
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