共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 寒冷地に適応した樹木が獲得した光応答性
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 山口大　教育学部
研究代表者／職名 准教授
研究代表者／氏名 柴田勝

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 武宮淳史 山口大学理学部生物化学科 准教授

2

 山内翔太 山口大学理学部生物化学科 学術研究員

3

 細谷桜子 山口大学大学院創成科学研究科 博士前期課程2年

4

 田中亮一 北大低温研

5

 高林厚史 北大低温研

研究目的 植物は光阻害の回避機構の一つとして、3種類のキサントフィル色素によるエネルギー散逸機構（熱放散）を有している。一般的に熱放散の指標であるDPS(de-epoxidation state)とクロロフィル蛍光パラメーターの一つであるNPQ(non-photochemical quenching)は強く依存するが、樹木種によってはDPSに依存しないNPQ変化を示すものが得られた。これらのことから、樹木特異的な光応答について色素分析、タンパク質複合体の解析やクロロフィル蛍光による光利用効率・ストレス評価から、その分子機構と生理的意義を明らかにすることを目的とした。
　　
研究内容・成果 DPSに依存しないNPQの作用機構、生理的機能を明らかにするために、色素、クロロフィル蛍光、タンパク質の高次構造について調べた。ホウレンソウ，チャノキを用いて、光照射および暗回復させた葉片のDPS， NPQを調べたところ、チャノキでは、ホウレンソウとは異なり暗回復によるDPS変化はほとんど観察されず、NPQのみが大きく減少していた。NPQの主成分がDPS依存するホウレンソウとは明らかに異なり、DPSに依存しないNPQ成分、すなわち、熱放散に依存しない新たな過剰エネルギー消去機構の存在が示唆された。
　DPSは、光合成による膜内外のH+濃度勾配により誘導されることから、H+濃度勾配に依存した蛍光クエンチング成分(qE)が極端に低い可能性がある。このために、ダークリカバリ測定によりNPQ成分(qE， qT， qI)を求めが、チャノキにおいてもDPSがNPQの主成分であった。このため、0〜120分間、暗中でのDPS，NPQの測定を行った。DPSに依存したNPQが、光照射および光照射直後で成り立つが、その後、少なくとも100秒後にはDPSの変化がNPQに影響を与えなくなり、色素反応のみが存在することが示唆された。
本応答が樹木特異的な機構であるかを明らかにするために草本植物10種、木本植物4種について光照射、暗処理葉のDPS， NPQの比較を行った。その結果、草本植物は、現在までに報告されているDPSに依存したNPQ変化を示したのに対して、木本植物では、程度の差はあるがDPSに依存しないNPQ変化が見られた。DPS，NPQの季節変化を調べたところ、気温の低下する季節において落葉樹と常緑樹の光応答に大きな違いが現れやすくなるが、その程度は種により大きく異なるなど、環境変化に適応する応答であった。
一般的に森林内では木漏れ日などにより短時間の内で光環境が大きく変化する。高DPS状態が維持されているのが、急激な光強度変化に対応するための機構であることを証明するために、異なる光強度で生育させたチャノキ(遮光なし、50%， 90％遮光)に明暗処理の異なる葉片に光照射を行い、蛍光測定，色素分析から NPQ， DPSを求めた。しかしながら、生育光条件には依存せずにDNSに依存しないNPQを示した。これらのことから、木本植物の高DPSの生理的意義は、光照射時初期の熱放散の誘導ではないことが明らかになった。
これらの現象がタンパク質の高次構造の違いにより起きている可能性があるために、DNAに依存しないNPQが起きるよう葉片からチラコイド膜を単離し、alpha-DM， amphipolにより高次構造を維持した状態での分離を試みた。しかし、チラコイド膜がalpha-DMにより可溶化されず凝集し沈殿を形成した。今後、木本植物から単離したチラコイド膜の可溶化条件を決定すると共に、色素に依存しないエネルギークエンチングとタンパク質高次構造との関係を明らかにしていく。
　　
成果となる論文・学会発表等