京大ら,光合成効率を上げる新因子を発見

京都大学の研究グループは九州大学と共同で,光受容体フォトトロピンにより制御され,光合成効率を上昇させる反応である葉緑体集合反応に働く陸上植物に共通する新規因子を発見した(ニュースリリース)。

植物は光合成のために光を多く吸収できるよう茎を曲げ(光屈性),葉を広げ(葉の展開),二酸化炭素の吸収を促すよう葉の表面にある気孔を開き(気孔開口),細胞内では光合成を担う葉緑体自身が光を効率よく利用できる位置に移動する。

これを葉緑体光定位運動と呼び,当たる光が弱い場合には葉緑体は光に向かって集まり(集合反応),強い光からはダメージを避けるよう逃げる(逃避反応)。

これらの生理反応は全て植物特有な光受容体であるフォトトロピンによって制御されているが,どのようにフォトトロピンが全く性質の異なるこれらの反応を制御しているかは不明のままだった。

また,過去のシロイヌナズナの解析から,これまでに光屈性,葉の展開や気孔開口に関与するフォトトロピンの結合タンパク質は同定されていたが,葉緑体光定位運動の制御に関わるタンパク質は発見されていなかった。

研究グループは光屈性と葉の展開を制御するフォトトロピン結合タンパク質NPH3とRPT2のホモログ(進化的に同じ祖先に由来する類似性の高い遺伝子の一群)の中からNCH1というタンパク質がフォトトロピンと結合することを発見した。

また,シロイヌナズナ変異体の解析により,NCH1はRPT2とともに葉緑体集合反応を制御することもわかった。NCH1は光屈性と葉の展開に関与せず,さらにNPH3,RPT2とNCH1いずれもが葉緑体逃避反応と気孔開口には関与しないことを発見した。

これらの結果から,フォトトロピンにより制御される反応にはNCH1とそのホモログに依存した反応(光屈性,葉の展開と葉緑体集合反応)と非依存な反応(葉緑体逃避反応と気孔開口)に分類され,NCH1ホモログの使い分けによって光屈性・葉の展開(NPH3とRPT2)と葉緑体集合反応(NCH1とRPT2)が制御されていることを明らかにした。

加えて,コケ植物タイ類ゼニゴケからRPT2/NCH1のホモログMpNCH1を同定し,ゼニゴケでもNCH1が集合反応特異的な因子であることを発見し,NCH1によるフォトトロピン依存の葉緑体集合反応の制御が陸上植物に共通して保存されていることを明らかにした。

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