植物における成長と防御への光合成産物の投資バランスの生理生態学的解明

点击翻译按钮获取中文摘要

植物は葉で光合成を行い,光合成産物を使って成長する.一方,植物は病原体の感染や他の生物からの食害を高頻度で受けるため,防御物質を作らなければならない.防御物質も光合成産物を利用して作られる.したがって,光合成産物を成長と防御へどれだけ分配するかは,植物個体の適応度にかかわる重要な問題である.本研究の目的は,植物が光合成産物の成長と防御への分配をどのように調節しているかを明らかにすることである.成長にとって重要な成分として主要な光合成色素クロロフィルに,防御にかかわる成分としてヘムに注目した.材料にはジェミニウイルスに感染したキク科の多年草ヒヨドリバナ(Eupatorium makinoi)を用いた.植物において,クロロフィルとヘムは途中まで共通の代謝系で合成され金属配位の段階で分岐する.ヒヨドリバナにおいてクロロフィル量は光合成速度や個体の成長とよい相関を示す.主な研究成果は以下である.(1)クロロフィル合成の活性:感染葉では,クロロフィル合成の律速となるアミノレブリン酸合成活性が,非感染葉の12%に低下していた.(2)クロロフィル合成中間体の定量:感染葉では,クロロフィル合成系に特有な金属配位酵素Mg-キラターゼの基質プロトポルフィリンIXが非感染葉の2.25倍蓄積し,同酵素の生成物Mg-プロトポルフィリンIXが非感染葉の55%に減少していた.つまり,感染葉ではMg-キラターゼ活性が阻害されている可能性が高い.(3)ヘムの定量:感染葉では,クロロフィルあたりのヘムの量が,非感染葉に比べ3.9倍多かった.以上の結果は,感染を受けたとき,植物はクロロフィル合成を抑制してヘム合成へのフローを大きくし,防御応答することを示す.本研究は,クロロフィルとヘム合成への基質の分配調節が,植物が光合成産物を成長と防御へどのように分配するかの調節にとって重要であることを明らかにした。