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2011 年度 実績報告書

温度環境変動と植物ストレス応答解析

研究課題

研究課題/領域番号 23380003
研究機関埼玉大学

研究代表者

内宮 博文  埼玉大学, 環境科学研究センター, 教授 (50142229)

キーワード温度環境変動 / メタボローム解析 / バイオマス / 二酸化炭素 / 熱放散パラメーター / 葉緑体 / 還元シグナル / クロロフィル蛍光測定
研究概要

本年度は、温度環境変動における植物代謝に関与する因子の活性化、代謝物とストレス耐性との関係を解析する目的で研究を行った。イネ、アラビドプシス、ルメックス属植物を材料として、メタボローム解析による条件検討を行った。アミノ酸、有機酸、ヌクレオチド化合物など広範囲な代謝物の変動を、主成分解析、クラスター解析などの統計処理により統合化した。その結果、大気における二酸化炭素の濃度により、植物の代謝物の変動が確認された。特に、有機酸、アミノ酸の蓄積が土壌栄養により相乗的に影響されることを明らかにした。即ち、供与する炭素と窒素の比率がバイオマス成分の蓄積に大きく影響する。本研究は、温暖化の原因因子である二酸化炭素の効果とバイオマス生産効率を解析するうえで重要である。また、増加する休耕地などでの雑草の繁殖を制御するうえで貴重な知見である。次に、光化学反応における電子分配を利用した熱放散パラメター解析を行い、光や高温応答におけるホトブリーチング効果について検討した。一方、強度の光適応植物であるイネでは、インデカとジャポニカ品種間で遺伝学的変異を確認しているおり、原因遺伝子の解析を進めた。葉緑体中の疎水性タンパク質は、電子受容を介して光合成の酸化還元に重要な機能を有する。予備的に、光合成電子伝達を調べ、光化学系IIの量子収率推定を試みた。一方、温度環境変動における還元力の重要性から、還元力伝達装置、すなわち光化学複合体の防御機構にも焦点を当てる必要性を指摘した。今後、高温環境における光反応により生じた還元シグナルが、植物の炭素や窒素の代謝反応にどのように影響するのかを調べる必要がある。また、高温適応性の違いを詳細に解明する目的で、蛍光測定によりイネ亜種やルメックス植物における熱放散因子の変動を解析する必要がある。以上の研究成果は論文、学会等にて公開した。

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

温暖化の原因因子である二酸化炭素の効果とバイオマス生産効率を解析するうえで重要な研究成果を発表した。また、供与する炭素と窒素の比率がバイオマス成分の蓄積に大きく影響する指摘は新規である。

今後の研究の推進方策

今後の研究課題は、高温環境における光反応により生じた還元シグナルが、植物の炭素や窒素の代謝反応にどのように影響するのかの解明である。その為には、クルロフィル蛍光測定の精度を向上させ、熱放散因子の変動を正確に解析する必要がある。また、遺伝し発現における外来性遺伝子の機能解析を推進する必要がある。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Comparative metabolomics of developmental alterations caused by mineral deficiency during in vitro culture of Gentiana lora2012

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, H., Imamura, T., Miyagi, A., and Uchimiya, H.
    • 雑誌名

      Metabolomics

      巻: 8 ページ: 154-163

    • DOI

      10.1007/s11306-011-0295-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fate of 13C in Metabolic Pathways and Effects of High CO2 on the Alteration of Metabolites in Rumex obtusifolius L2011

    • 著者名/発表者名
      Miyagi,A., Takahara,K., Kasajima,I., Takahashi,H., Kawai-Yamada,M. and Uchimiya,H.
    • 雑誌名

      Metabolomic

      巻: 7 ページ: 524-535

    • DOI

      10.1007/s11306-010-0272-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular distinction of genetic regulation of non-photochemical quenching in rice2011

    • 著者名/発表者名
      Kasajima I., Ebana K., Yamamoto T., Takahara K., Yano M., Kawai-Yamada M., Uchimiya H.
    • 雑誌名

      Proc.Nat.Acad.Sci.U.S.A

      巻: 108 ページ: 13835-13840

    • DOI

      10.1073/pnas.1104809108

    • 査読あり
  • [学会発表] 植物のスフィンゴ脂質脂肪酸2-ヒドロキシラーゼの解析

    • 著者名/発表者名
      長野稔、石川寿樹、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会
    • 発表場所
      京都・国立京都国際会館
  • [学会発表] 細胞内還元力プールの改変による植物バイオマス制御

    • 著者名/発表者名
      川合 真紀,高原 健太郎,恩田弥生,内宮 博文
    • 学会等名
      日本植物細胞分子生物学会シンポジウム
    • 発表場所
      福岡・九州大学箱崎キャンパス
  • [学会発表] 雑草のバイオマス生産制御とメタボローム解析

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子、川合真紀、内宮博文
    • 学会等名
      日本植物細胞分子生物学会シンポジウム
    • 発表場所
      福岡・九州大学箱崎キャンパス
  • [学会発表] 「植物・農学プロテオーム研究のフレッシュネットワーク構築に向けて」ショットガンプロテオミクスによる植物のストレス誘導性細胞死制御に関わる細胞膜マイクロドメインタンパク質の探索スフィンゴ脂質代謝制御によるBax inbihitor-1のストレス耐性機構

    • 著者名/発表者名
      石川 寿樹、秋 利彦、柳澤 修一、長野 稔、内宮 博文、川合 真紀
    • 学会等名
      日本プロテオーム学会サテライトシンポジウ
    • 発表場所
      新潟市 ・朱鷺メッセ
  • [学会発表] シロイヌナズナΔ8-スフィンゴ脂質不飽和化酵素の低温応答における機能

    • 著者名/発表者名
      岩渕充、長野稔、石川寿樹、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      日本植物学会 75回大会
    • 発表場所
      東京・東京大学駒場キャンパス
  • [学会発表] Bax Inhibitor-1の酸化ストレス耐性機構に関与する細胞膜マイクロドメインタンパク

    • 著者名/発表者名
      石川寿樹、秋 利彦、柳澤修一、長野 稔、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      日本植物学会 75回大会
    • 発表場所
      東京・東京大学駒場キャンパス
  • [学会発表] Bax inhibitor-1による細胞死制御機構に関与するイネ長鎖塩基Δ4不飽和化酵素の解析

    • 著者名/発表者名
      石川寿樹、内宮博文、川合真紀
    • 学会等名
      第21回 日本植物脂質科学研究会
    • 発表場所
      東京・東京大学駒場キャンパス
  • [学会発表] Proteome analysis to identify membrane microdomain proteins involved in regulation of stress-induced cell death

    • 著者名/発表者名
      Maki Kawai-Yamada, Toshiki Ishikawa, Minoru Nagano, Toshihiko Aki, Shuichi Yanagisawa, Hirofumi Uchimiya
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Frontiers in Agriculture Proteome Research
    • 発表場所
      筑波・つくば国際会議場
  • [学会発表] Molecular analaysis of Arabidopsis Δ8-sphingolipid desat urase under cold stress

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Iwabuchi , Minoru Nagano , Toshiki Ishikawa, Yasuyo Yamaoka, Ikuo Nishida, Hirofumi Uchimiya , and Maki Kawai-Yamada
    • 学会等名
      The 4th Asian Symposium on Plant Lipids
    • 発表場所
      中国・香港大学

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公開日: 2014-07-24  

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