発表者
寺島 一郎(東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 教授)
松尾 光敏(研究当時:東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 修士課程2年生)
鈴木 祥弘(神奈川大学理学部生物科学科 准教授)
矢守 　航(東京大学大学院農学生命科学研究科 附属生態調和農学機構 准教授)
河野 　優(東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 特任助教)

発表のポイント

  • 薄暗い環境に耐える耐陰性植物のクワズイモの葉緑体は、ときおり当たる強光にも傷つき にくく、しかも、弱光で栽培した植物の葉緑体ほど耐性が高いことがわかりました。
  • 定常的な強光には、強光で栽培した植物の葉緑体ほど耐性がありますが、木漏れ日が射し 込む林の中のように光の強さが変動する場合には、逆に、弱い光で栽培する方が耐性が高まるのです。
  • 強光による光合成器官の傷害(光阻害)は、植物の生産力を低下させる大きな要因の一つです。本研究の知見は、自然光条件下における強光傷害耐性植物の創出のための基盤とな るでしょう。

発表概要


図1　木漏れ日が当たっているクワズイモ。東京大学構内の圃場において撮影

　光合成は光のエネルギーを使って有機物を合成する反応で、葉の細胞に含まれている葉緑体で行われます。光は光合成に必須ですが、強すぎる光は葉緑体を損傷してしまいます。光のエネルギーを化学エネルギーに変換する光化学系 I と IIのうち、強い光を当て続けたときにおもに損傷をうけるのは光化学系 II であること、強光で栽培した植物ほどこの損傷に耐性であることは、よく知られていました。
　東京大学大学院理学系研究科の寺島一郎教授、松尾光敏大学院生(研究当時)、河野優特任助教、東京大学大学院農学生命科学研究科の矢守航准教授、神奈川大学理学部生物科学科の鈴木祥弘准教授らは、数種類の植物に変動光を与えて、損傷を比較したところ、弱光環境下でも生育する耐陰性の強いクワズイモの光化学系 I は損傷を受けにくく、しかも、栽培時の光強度が弱いほど光化学系I の「変動光」耐性が強いことを発見しました。(図1)この原因を探索すべく、葉のクロロフィル蛍光、光化学系 I 反応中心の酸化還元状態、単離した葉緑体の種々のスペクトル、クロロフィルタンパク質複合体の組成などを解析しました。これらの結果、弱光栽培のクワズイモでは光化学系 I がよく励起されることや、強光下では光化学系 II 側から光化学系 I の反応中心に流れこむ電子の量が抑制されることが原因であることがわかりました。電子の流入量が少ないのによく励起されるので、光化学系 I の反応中心は電子を失った酸化状態となっていました。酸化された反応中心と還元された電子伝達体との電荷再結合により、過剰なエネルギーを消去していると考えられます。
　光阻害は植物の光合成生産のネックとなっており、光阻害耐性植物の創出が試みられています。本研究で得られた知見は、自然条件下における光阻害耐性植物創出の鍵となるものです。

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発表雑誌

雑誌名
Photosynthesis Research
論文タイトル
Photosystem I in low light-grown leaves of Alocasia odora, a shade-tolerant plant, is resistant to fluctuating light-induced photoinhibition
著者
Ichiro Terashima*, Mitsutoshi Matsuo, Yoshihiro Suzuki, Wataru Yamori, Masaru Kono*
DOI番号
https://doi.org/10.1007/s11120-021-00832-4