【研究領域課題番号】18KK0170 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光合成 / 水利用効率 / 可視化 / クロロフィル蛍光 / 環境応答 / 乾燥ストレス / 気孔 / サーモグラフィ / 蒸散 / 電子伝達

【研究成果の概要】

灌漑水を節減した条件下で、生産性を維持・向上する節水型農業が求められており、植物の水利用効率の向上に関する研究は必須である。本研究課題では、節水条件において高い生産性を示す植物の創成を目指し、基盤研究を行った。クロロフィル蛍光パラメータと葉温の画像を同時計測するシステムを開発し、水利用効率の形質計測と遺伝子のスクリーニングに適用できることを明らかにした。また、植物の水利用効率の遺伝的改良に向けた基盤研究を行った結果、灌漑水の節減条件下における物質生産能力の強化に有効な因子を複数見出すことができた。

【研究の社会的意義】

灌漑水を節減した条件下で、生産性を維持・向上する節水型農業が求められており、植物の水利用効率の向上に関する研究は必須である。本研究課題では、植物の水利用効率の可視化装置のプロトタイプを開発することができた。これによって、今後、植物の水利用効率の決定機構の解明と同時に、灌漑水の節減条件において高い物質生産能力を有する植物の創出を目指すことが可能となった。投入資源を節減しながら優れた生産性を維持し、かつ環境と調和した農業を目指していくことは、途上国における生産性改善に寄与するとともに、作物栽培の低コスト化や節水農業が推進されているわが国においても重要な方向といえる。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2018-10-09 - 2022-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究領域課題番号】18H02185 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光合成 / 変動光 / 環境応答 / 気孔 / 電子伝達 / Rubisco / 光合成誘導

【研究成果の概要】

野外環境において植物の受ける光環境は、天候や植物体同士の相互被陰によって一日を通して常に変動している。長年、変動光に対する光合成応答メカニズムについては不明瞭な点が多い。本申請課題では、光が激しく変動する野外環境における光合成量の向上に寄与する諸反応の分子機作の解明を目指した。申請者らの研究成果によって、１）ヒメツリガネゴケ由来Flavodiiron protein（Flv）遺伝子導入による電子伝達系の改変、２）Rubisco活性化因子であるRubisco activaseの改変、３）気孔開閉の迅速化によって、変動光に対する光合成能力の向上に成功した。

【研究の社会的意義】

バイオマス増大に向けての育種戦略を示すため、変動光環境において、光合成の包括的理解から光合成装置全体の最適化を目指す計画は革新的である。本申請課題は野外環境における光合成機能の強化に向けた基盤技術の確立に寄与し、植物にとって必須な “光”に対する植物の適応性を高める意義は大きい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】26221103 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気孔 / 葉緑体 / CO2 / 環境応答 / 高等植物 / 二酸化炭素

【研究成果の概要】

孔辺細胞葉緑体、および、気孔閉鎖因子SLAC1チャネルにおける環境シグナル受容、そして、膜交通を介した気孔装置における動的細胞間コミュニケーションに着目し、これらの階層の異なる細胞動態が、植物における環境感知・情報処理においてどのような役割を持つのか解析した。孔辺細胞葉緑体を欠失したシロイヌナズナ変異体gles1を用いて、CO2、光、乾燥シグナルの高次情報処理における同葉緑体の重要性を明らかにした。また、SLAC1チャネルにおけるCO2とABAそれぞれの独立したシグナル受信部位を特定した。さらに、気孔装置における細胞間コミュニケーションに関係する新規突然変異体の単離とその機能解析を行った。

【研究の社会的意義】

植物表皮系に分布する気孔装置 (stomatal complex) は、CO2、オゾンといった大気成分、光、水ストレス、生物的エリシター刺激などの多様な環境情報を感知し、全身の代謝バランスとあわせた高次の情報処理によって、植物個体の成長や生存のために最適な体内環境を作り出している。本研究は、植物における生体情報、環境情報の集積中枢となっている気孔装置における高次情報処理の仕組みを精査することによって、植物の生命力の強さ、すなわち頑健性の源となっている植物に特異的な細胞動態の解明をめざしている。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】195,130千円 (直接経費: 150,100千円、間接経費: 45,030千円)

【研究分野】植物分子生物・生理学

【研究領域課題番号】23657029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境応答 / 気孔 / アポプラスト / 葉肉シグナル / CAM / 概日リズム / 葉肉 / 青色光受容体 / 光合成 / 緑色光効果

【研究成果の概要】

気孔応答の背腹性を調べる上で、気孔の環境応答が、気孔孔辺細胞のみの機能によるのか、葉肉の機能も気孔に影響を及ぼすのかは、解いておかなければならない問題である。ツユクサの葉片、剥離表皮、剥離表皮を葉肉に再び載せたもの、をゲル上で長時間観察することができるシステムを構築し、赤色光下の気孔開孔、および高CO2下の閉口には葉肉組織からのシグナルが関与していることが分かった。赤色光下の開孔への葉肉シグナルには光合成機能が必須、高CO2下の閉口には光合成が関与しないことも明らかになった。これらの結果は、単色光ごとに葉肉因子の解析が必要であることを示している。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)