岩手大ら，針葉樹の光合成CO2固定酵素の特性解明

岩手大学，森林研究・整備機構，東北大学は，ほとんどわかっていなかった針葉樹の光合成CO₂固定酵素Rubiscoの特性を明らかにした（ニュースリリース）。

針葉樹は陸上植物の進化の早い段階において出現した。現在も地球上に広く分布し，寒冷地などでは優占種となっている。また，生育が早く，木材として利用されるなど，実用植物としても重要。

植物の光合成の能力を決定する因子のひとつが，CO₂固定反応を担う酵素素で，葉に最も多量に存在するタンパク質Rubisco。タンパク質をつくるには窒素が必要なため，Rubiscoは植物とって最も不足しやすい窒素栄養の体内利用にも関連する。

これらの重要性から，Rubiscoの酵素としての性能や，葉に含まれる全窒素のうちRubiscoに使われている割合（存在量）に関する研究が多く行なわれてきた。しかし，針葉樹については，葉に含まれる妨害物質から研究例はほとんどなかった。

一方，研究グループは，シダ植物で同様な問題を解決する方法を確立しており，この方法を針葉樹にも適用し，ヒマラヤスギ，ドイツトウヒ，イチイ，アカマツ，ゴヨウマツの解析を行なった。

これらの針葉樹のRubiscoを一般的な草本植物（対照植物：イネ，コムギ，ホウレンソウ）のRubiscoと比較すると，CO₂固定反応の最大速度は同程度である一方，CO₂固定反応のしやすさ（基質親和性）はやや低いことが明らかになった。また，Rubiscoの存在量は一般的な草本植物と比べ少なかった。

以上の結果から，針葉樹のRubiscoは一般的な草本植物のRubiscoと比べ，酵素としての性能がやや低く，存在量も少ないことが明らかとなった。

この理由として，①針葉樹の祖先が出現した時代は，大気中のCO₂濃度が現在よりもはるかに高く，Rubiscoの基質親和性が高いことも，Rubiscoが多量に存在する必要もなかった，②Rubiscoが少ない分だけ，窒素は細胞壁の合成などに利用されたことが考えられる。針葉樹が寒冷地などで優占種となっている理由のひとつとして，低温ではCO₂が水に溶けやすく，基質親和性が低いという針葉樹Rubiscoの弱点が緩和されることが考えられるという。

また，研究グループは，光合成の副反応である光呼吸において，針葉樹では一般的な植物よりもCO₂を多く発生することを解明している。このことも針葉樹のRubiscoの弱点を補っているものと考えられるという。

研究グループは，今回の成果に加え，さらに広範な植物種においてデータを収集することで，Rubiscoの進化の解明に大きく貢献できるとしている。