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2017 年度 実績報告書

乾燥下の光合成:地上進出を支えた新型最強の光エネルギー散逸機構の探索と機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 26440139
研究機関名古屋大学

研究代表者

伊藤 繁  名古屋大学, 理学研究科, 名誉教授 (40108634)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード光合成 / 乾燥耐性 / 励起エネルギー移動 / クロロフィル / 光障害 / 光化学系 / 環境応答 / 地衣類
研究実績の概要

高等植物は、根からの水供給により乾燥下でも光合成をするが、水供給が途切れると、「光障害」(光で有害ラジカルができる)で死ぬ。他方、維管束系を持たない地衣類(藻類/シアノバクテリアを内部共生する菌類)の多く、藻類、コケの一部は、細胞内まで乾燥しても、太陽光下で枯死せず、濡れるとすぐに光合成を再開する。この機構を検討した。
地衣類の多くは、乾燥下で光エネルギーを高速に熱変換し光障害を防ぐ事を、ピコ秒レーザとストリークカメラによるクロロフィル蛍光寿命測定で明らかにした。検討した地衣類の大部分の蛍光寿命は、湿潤時0.2-1ナノ秒から乾燥時は1/10に短縮された。乾燥で光合成色素系内に生じた消光物質が、光化学反応(0.2ナノ秒)より早く光エネルギーを熱散逸させて、有害ラジカル形成を防ぐ「過剰励起エネルギー散逸機構」が働く事を示した。
このような特性を、乾燥耐性を示す地衣類の多く(48/50種)、コケの一部(6種)、シアノバクテリア(4種) などで見出した。「過剰エネルギー散逸機構」には少なくとも4タイプがあり、種間差があることも明らかにした。一方、維管束植物10種、水性藻類10種にはこの能力は見られなかった。さらに乾燥耐性と光耐性の関連を、独Wurzburg大学Heber名誉教授(2016年6月逝去)の協力で入手した、「陰生」と「陽生」の近縁でかつ乾燥耐性を示すコケ2種で調べた。両種ではそれぞれ異なる消光機構が乾燥誘導された。これらは湿潤下で光障害防止に働く「非光化学的消光機構(NPQ)」と直接関係ないことも明らかにした。成果は原核光合成生物国際会議(独2015・Aug)、国際光合成会議(蘭2016・Aug)、同アンテナタンパク質サテライト会議(蘭2016・Aug)で発表し、論文(Photosynthesis Res. 2017)出版した。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (6件)

  • [国際共同研究] Vrije Univ. Amsterdam,(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      Vrije Univ. Amsterdam,
  • [雑誌論文] Phosphatidylglycerol is implicated in divisome formation and metabolic processes of cyanobacteria2018

    • 著者名/発表者名
      Kobori Timea O.、Uzumaki Tatsuya、Kis Mihaly、Kovacs Laszlo、Domonkos Ildiko、Itoh Shigeru、Krynicka Vendula、Kuppusamy Saravanan G.、Zakar Tomas、Dean Jason、Szilak Laszlo、Komenda Josef、Gombos Zoltan、Ughy Bettina
    • 雑誌名

      Journal of Plant Physiology

      巻: 223 ページ: 96~104

    • DOI

      10.1016/j.jplph.2018.02.008

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Light-Induced Electron Spin-Polarized (ESP) EPR Signal of the P800+ Menaquinone? Radical Pair State in Oriented Membranes of Heliobacterium modesticaldum: Role/Location of Menaquinone in the Homodimeric Type I Reaction Center2018

    • 著者名/発表者名
      Kondo Toru、Matsuoka Masahiro、Azai Chihiro、Kobayashi Masami、Itoh Shigeru、Oh-oka Hirozo
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 ページ: 2536~2543

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b12171

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lipid-Controlled Stabilization of Charge-Separated States (P+QB?) and Photocurrent Generation Activity of a Light-Harvesting?Reaction Center Core Complex (LH1-RC) from Rhodopseudomonas palustris2018

    • 著者名/発表者名
      Noji Tomoyasu、Matsuo Mikano、Takeda Nobutaka、Sumino Ayumi、Kondo Masaharu、Nango Mamoru、Itoh Shigeru、Dewa Takehisa
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 ページ: 1066~1080

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b09973

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanisms of drought-induced dissipation of excitation energy in sun- and shade-adapted drought-tolerant mosses studied by fluorescence yield change and global and target analysis of fluorescence decay kinetics2017

    • 著者名/発表者名
      Yamakawa Hisanori、van Stokkum Ivo H. M.、Heber Ulrich、Itoh Shigeru
    • 雑誌名

      Photosynthesis Research

      巻: 135 ページ: 285~298

    • DOI

      DOI:10.1007/s11120-017-0465-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 乾燥耐性コケの過剰励起光エネルギー散逸機構・クロロフィル蛍光のグローバル解析2018

    • 著者名/発表者名
      山川壽伯、van Stokkum, U. Heber, 伊藤繁
    • 学会等名
      日本植物生理学会
  • [学会発表] 南極に生育する緑藻、Prasiola crispaに見られる顕著な長波長シフトクロロフィルの生理学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      小杉真貴子、小沢真一郎、伊藤美空、亀井保博、菓子野康浩、高橋裕一郎、伊藤繁、小池祐幸
    • 学会等名
      日本植物生理学会
  • [学会発表] 地衣類共生シアノバクテリアの炭素濃縮機構CCMと共生2018

    • 著者名/発表者名
      武藤鷹矢、佐藤知樹、北條楽、伊藤繁、岩崎郁子
    • 学会等名
      日本植物生理学会
  • [学会発表] シアノバクテリア光化学系Ⅱの光防御機構におけるオレンジカロテノイドップロテインの役割2017

    • 著者名/発表者名
      高橋拓子、草間友里、李新祥、高市真一、伊藤繁、山川壽伯、西山佳孝
    • 学会等名
      日本植物生理学会
  • [学会発表] 乾燥下でのシアノバクテリア・藻・コケ・高等植物の過剰エネルギー散逸機構2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、山川壽伯、岩崎郁子、佐藤知樹、Urlich Heber
    • 学会等名
      日本植物生理学会
  • [学会発表] 乾燥下でのシアノバクテリア・藻・地衣・コケ・高等植物の 超高速励起エネルギー散逸機構2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、山川壽伯、U.Heber、佐藤和樹、岩崎郁子, Z. Valkoi
    • 学会等名
      日本光合成学会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-08-19  

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