京産大ら, 強光から光合成装置を守る仕組みを発見

京都産業大学と岡山大学は,植物の葉緑体において光合成の調節因子として働くチオレドキシンタンパク質が,変動する光環境下で強すぎる光から光合成タンパク質を保護する働きがあることを明らかにした(ニュースリリース)。

植物は光エネルギーを用いて二酸化炭素から糖などの有機物を固定する光合成反応を行なう。光合成反応のうち,光合成電子伝達反応では光を必須だが,過剰な光は望ましくない。

光合成電子伝達反応において利用されない余剰の強光は活性酸素種などを生成し,光合成タンパク質の損傷を引き起こし,光合成活性の低下につながる(光損傷)。このため,植物は強光から身を守るためのさまざまなメカニズムを備えている。

これまで,研究グループは,チオレドキシンと呼ばれる光合成関連タンパク質調節因子に関する研究を行なってきた。モデル植物シロイヌナズナの葉緑体には5種類のチオレドキシン(f型,m型,x型,y型,z型)が存在し,光合成関連酵素の活性化など光合成反応の調節に関与している。f型やm型のチオレドキシンについてはその役割がよく理解されているが,x型およびy型のチオレドキシンの役割は明確ではなかった。

そのため,研究グループは,x型およびy型のチオレドキシンタンパク質を欠失させたシロイヌナズナ突然変異体を作成し,光合成機能や植物の観察を通じて解析を行なった。

通常の一定な光量の光条件では,x型・y型チオレドキシン変異体と野生株には明確な違いは見られなかった。しかしながら,光環境が変動する条件下での研究では,x型・y型チオレドキシン変異体は光合成電子伝達反応が阻害され,光化学系Iタンパク質が光損傷を受けることがわかった。これにより,変動光照射後,x型・y型チオレドキシン変異体では光化学系Iの活性が野生株と比べて顕著に減少していた。

また,x型・y型チオレドキシン変異体では成長が阻害され,葉の色が薄くなるなどの変化も見られた。さらに,x型・y型チオレドキシン変異体では植物の生重量が64%減少し,光合成に不可欠なクロロフィル含量も29%減少していた。

この研究では,変動する光条件下において,x型およびy型チオレドキシンが光合成タンパク質を光による損傷から保護する役割を果たしていることを明らかにした。また,この2種類のチオレドキシンが光環境の大きな変化において,植物の成長に重要な役割を担っていることも示された。

研究グループは,今回の研究で明らかにされたメカニズムをさらに詳細に理解することで,激しく変化する光環境に対する耐性をもつ作物の改良に役立つことが期待されるとしている。

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