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野外環境において植物の受ける光強度は、天候の変化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。気候変化が食料生産や炭素循環に及ぼす影響を明らかにするためには、実際の圃場に近い環境での実験が必要である。長年、変動光に対する光合成応答メカニズムについては不明な点が多かったが、申請者らの研究によって、現在の大気CO2濃度と気温における、そのメカニズムの全体像が明らかになってきた。本年度は、Rubisco活性化の機能強化を通して、近未来に予想される高CO2・高温環境下での、変動する光環境におけるイネの光合成能力の改善を目指す。
Rubisco activaseは、光合成の主要なCO2固定酵素であるルビスコの活性を制御し、光合成と植物の成長を制御する上で重要な役割を果たす。本研究では、Rubisco activase量を増加/減少した形質転換単体イネを用いて、将来の高CO2条件下で変動光に対する光合成応答におけるRubisco activaseの役割を解析した。その結果、低CO2濃度のみならず、高CO2濃度においても、Rubisco activaseを過剰発現することによって、光照射によるRubiscoの活性化速度が増加し、光合成誘導が促進することが明らかとなった。また、Rubisco activaseを過剰発現した形質転換体では、野生型と比較して、変動光条件における水利用効率が向上する傾向にあった。本研究の結果は、Rubisco activaseが、将来の高CO2濃度下における自然の変動する光環境に対する光合成応答において重要な役割を果たすことを示す。
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