「急激な光強度変化に対する植物の光合成系適応システムの研究」



生態環境科学専攻　生物適応機構学講座
博士後期課程１年　瀬口武史（指導教官：皆川　純）


研究背景
　植物の光合成による酸素発生と二酸化炭素同化は、地球の生態環境全体において重要な役割を果たす。その中で酸素発生を伴う光化学反応は、葉緑体チラコイド膜内にある２つの光化学系の電子伝達によって成立する。電子伝達に必要な励起エネルギーは、太陽光によって得られるが、その光強度は時々刻々と変化する。光化学系は変化する光に適応するために、葉緑体において主要なタンパク質である集光アンテナを絶え間なく変化させている。特に、強光照射による活性酸素種の生成は光化学系の膜タンパク質にダメージを与えるが、植物はそのダメージを回避する機構を備えている。これまでに、集光アンテナと過剰エネルギーの消去の関係については多くの知見は得られてはいるが、その詳細については解明されていない。光強度の変化に対する、光化学系の適応機構を解明することは、植物が環境変化にどう応答するかを理解する基盤となる。

　本研究では緑藻クラミドモナスを用いて、集光アンテナの構造、構成と光適応様式の解明を目的としている。これまでの研究で、野生株の生化学的解析からメジャーな集光アンテナであるLHC IIの会合状態の変化が確認された。また、クロロフィル蛍光測定の結果から強光下において弱光下とは異なるNPQの誘導が確認された。さらに、光強度によって、発現しているマイナーな集光アンテナの種類に違いがあることがわかった。これらのことから、強光下では集光アンテナ構成の変化によって、過剰エネルギーの消去が誘導されることが考えられる。同時に、集光アンテナの構成を研究するための手法を確立しつつある。


研究計画
　今後の研究では、さらに野生株の集光アンテナを解析し、また、所属する研究室において確立しているRNAi技術を応用した遺伝子変異株との比較から、植物の集光アンテナの役割を詳細に調べる予定である。具体的な研究計画を以下に示す。

１． 集光アンテナの会合状態などの構造を評価するシステムの確立
２． RNAiによる集光アンテナのサブユニットを標的とした変異株の作出
３． １のシステムによる変異株表現型の評価
４． ３からのデータ−による、集光アンテナ強光応答機構のモデルの提案。




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