| 研究課題/領域番号 |
18K05726
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
辻 祥子 京都大学, 農学研究科, 研究員 (90791963)
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| 研究分担者 |
石田 厚 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (60343787)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 光合成(photosynthesis) / 光阻害(photoinhibition) / 光防御(photoprotection) / 強光ストレス |
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| 研究実績の概要 |
光は植物の光合成にとって不可欠であるが、葉への照射光が強すぎる場合、光化学系Ⅱ(PSⅡ)に損傷を引き起こし、光合成活性の低下を導く(光阻害)。 植物には光阻害を防ぐ光防御機構が備わっており、PSⅡが過剰な光エネルギーによる光阻害を抑える光防御機構の中に、損傷を受けたPSⅡを修復する能力が挙げられる。また、光阻害は、光損傷の速度が修復の速度を上回った時に起こり、光阻害のメカニズムを理解するには、光損傷と修復の２つのプロセスに分けて解析する必要がある。光阻害のメカニズムは主に草本植物を用いた研究により解明されてきたが、木本植物を用いた光損傷（光不活化）と修復に関する報告は少ない。
本研究では、様々な環境に生育する樹種を選定し、木本植物12種を対象として光阻害の評価実験を行い、木本植物における光阻害防御機構について樹種間比較を行った。これにより、光過剰な環境下で起こる光阻害の機構と、それを防ぐ光防御機構に関して考察した。
本研究の実験は、PSⅡ修復に不可欠な葉緑体のタンパク質新規合成を阻害するリンコマイシンの存在下および非存在下で、葉に強光を照射し、クロロフィル蛍光を測定することで行なった。照明時間に伴うPSⅡ活性の変化は，光不活性化の損傷速度定数（kpi）と修復の速度定数（krec）を算出して比較した。その結果、12種の木本植物は、1) リンコマイシン存在下でもPSⅡの光損傷が進みにくい樹種群、2) 光損傷を受けるが修復能力によりPSⅡ活性を維持する樹種群、また、3) 強光下で修復能が機能せず光阻害を受けやすい樹種群のおよそ３パターンの傾向に分かれた。そこで各々の光阻害防御機構について、葉における光エネルギー分配の観点から考察した。また、樹種の生育地や葉の形態的特徴も含めて生態学的観点からも考察した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
生育環境の異なる木本植物12種を対象として、光過剰な環境下で起こる光阻害の評価実験を進めることができた。光阻害のメカニズムの解明は、これまで主に草本植物を用いた研究により行われてきたが、木本植物における光損傷と修復に関する報告は限られている。これは木本植物における光阻害実験の難しさが挙げられる。木本植物の多樹種間比較を行う場合、草本植物に比べて葉の形態も様々である。またリンコマイシンの効き具合も種類によって違う。今年度は、これらの予備実験を数多く行うことで、葉の形態が様々に違う多くの種類の木本植物を対象とした光阻害実験の方法を確率することができた。来年度は、この実験方法を用いて、すぐに樹木に関する光阻害実験を継続して行える状況である。これにより、木本植物においても、KpiとKrecの間の光生育環境に応じた光阻害と修復のバランスを保つ種の他に光阻害を全く受けない種と、逆に光阻害を受けやすく修復能力も低い種などの特性を明らかにしつつある。
さらには、これらの光損傷速度定数と蛍光パラメーターを調べ、これらの値と生育環境との相互関係を明らかにしつつある。この特性をより生化学レベルの光合成機構を明らかにすることは、森林生態レベルの光合成を理解する上で非常に重要である。また、今年度の成果から申請者らが新たに立てている仮説の検証を行う必要が今後ある。
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| 今後の研究の推進方策 |
常緑樹および落葉樹を含む生育環境の異なる様々な木本植物を材料に、まず今年度の結果の再現性実験を行う。また、今回は、生育環境の特徴の違いがある様々な樹種を、同じ照射光の下で生育させて測定に用いている。来年度はこの点も、「生育光の違いによる光応答の違い」についても実験を行う。実験は、今年度と同様に、光阻害実験により生育環境の異なる木本植物を対象に、強光下でのPSⅡ損傷速度、修復速度の算出を行う。今年度得られた木本植物の強光応答の光合成機構の樹種間の違いの再現性実験と、その樹種間の違いの要因を光合成の電子伝達抑制の観点から考察する。光合成電子伝達抑制の把握には、DualPamを用いて光合成パラメーターの測定を行い、光応答の生理的メカニズムを明らかにする。光応答の樹種間の特徴はLES(葉寿命や葉の形態や窒素栄養量との相関関係)にどのように組み込むことができるかまで考察することを目標としている。
来年度はこれらの成果報告として、国際誌への論文投稿を行うとともに、８月に開催される第18回 国際光合成会議2022(the 18th International Congress on Photosynthesis Research)での学会発表も予定している。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度は主に試薬（リンコマイシン）を用いた光阻害実験を進めることができた。昨年度より続けていた、木本植物における光阻害実験のプロトコル確立を経て、今年度の本実験に取り組めた。しかし、再現性実験や、繰り返し個体数データの確保、また新たな仮説の検証など、追加実験に時間が必要な状況である。
使用額に関しては、主に実験用の苗木の購入と、試薬購入、また得られたデータの解析用のソフト購入に助成金を使用した。光阻害実験に関連する実験については、さらに実験用の照射光セットの作成を増やして、来年度に多樹種における再現性実験や追加実験を行えるようにしたく延長申請に至った。またコロナ禍の状況もあり、研究打ち合わせや学会発表などがオンライン形式となり、当初予定していた旅費などの移動や滞在に伴う大きな予算を使用せずに今年度を終了したため次年度への使用額が生じた。次年度は最終年度となるので、光阻害実験を中心に対象植物を多種間で実施し、可能な限りの測定項目等のデータ取得を行い解析に備える。また、８月には８月に開催される第18回 国際光合成会議2022(the 18th International Congress on PhotosynthesisResearch)での学会発表も予定している。論文出版に関わる費用や薬品などの消耗品費に助成金を使用することを計画している。
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