アブシジン酸による気孔閉鎖における孔辺細胞葉緑体の関与

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06292
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 島崎 研一郎 九州大学, 理学研究院, 名誉教授 (00124347)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 栄治 九州大学, 農学研究院, 准教授 (90614256)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 気孔 / 孔辺細胞葉緑体

Outline of Annual Research Achievements

植物にABAを与えると、あるいは、植物を乾燥ストレスにさらすと根で合成されたABAが葉に運ばれ、気孔が閉鎖する。このABAの気孔閉鎖に孔辺細胞葉緑体の生成する活性酸素が関与することを検討している。これまで、光のある条件でソラマメ表皮にABAを加えると、孔辺細胞葉緑体周囲に活性酸素が増大し、気孔が閉鎖すること、さらに、あらかじめ光合成電子伝達阻害剤DCMUを加えておくと、ABAによる活性酸素の増大と気孔閉鎖が抑えられることから、孔辺細胞葉緑体の光合成電子伝達系が生じる活性酸素が、気孔閉鎖を誘発すると考えた。
本研究では光合成電子伝達系のどの成分がこの応答に関与しているかを決定する目的で、以下の実験を行い、葉緑体に存在する、K+/H+交換輸送体が活性酸素の生成に寄与することを示した。以下の結果が得られた。
まず、K+/H+交換輸送体の変異体を取得し、ABA添加による活性酸素と気孔閉鎖を調べた。その結果、この変異体ではABAによる活性酸素の生成と気孔閉鎖の両方が抑制された。このことを確認するため、この変異体に、K+/H+交換輸送を引き起こすナイジェリシンを加えると、活性酸素の生成と気孔閉鎖が回復した。さらに、活性酸素は光化学系１で生成することから、光化学系Iから電子を受容し、活性酸素の生成を抑える働きのある循環的リン酸化反応を促進するため、フェナジンメタスルフェイト（PMS）を加え、その効果を調べた。ABAによる活性酸素の生成はPMSに抑えられ、気孔閉鎖も阻害された。以上のことから、孔辺細胞葉緑体のK+/H+交換輸送体が気孔閉鎖を制御することが示されたが、どのような経路でABAがK+/H+交換輸送体を活性化するのか不明で、今後の課題である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

孔辺細胞葉緑体の関与が確認され、その中で、葉緑体チラコイド膜にあるK+/H+交換輸送体の関与が示された。このことは、新たな知見であるが、この知見を確実なものにするには、ABAがどのような機構でK+/H+交換輸送体を活性化しているのか、さらに、これまで知られているABA受容体の関与の有無を示す必要がある。

Strategy for Future Research Activity

まず、いくつかの異なる方法で、光化学系Iからの活性酸素の気孔閉鎖への関与を確証するため、これまで、行ってきた実験に加えて以下のことを行う。
１）光合成電子伝達速度を増大させ、活性酸素の生成を促進することが予想される、脱共役剤、例えば、塩化アンモニウム、メチルアミンなどを加え、ABAによる気孔閉鎖への影響を調べる。
２）光化学系Iで電子を受け取り、活性酸素の生成を増大させるメチルビオローゲンを加え、ABAによる気孔閉鎖への効果を調べる。
３）葉緑体で生成する活性酸素は、葉緑体に存在する活性酸素防御系により、無毒化されている。そこで、これらの酵素が変異した株を用いて、ABAの効果を調べる。変異体では活性酸素が大量にでるので、気孔閉鎖が促進されることが期待される。

Causes of Carryover

論文の投稿料と学会参加の旅費として使用する。