FNRの発現分子種と葉緑体局在性を改変したアラビドプシスの光合成機能の研究

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葉緑体における物質の同化や合成は光合成により生じる電子(還元力)に依存しており、この還元力は可溶性蛋白質であるフェレドキシン(Fd)もしくはNADPHにより、種々の同化酵素群に分配されている。Fd:NADP^+還元酵素(FNR)はFdからの電子を用いてNADPHを合成する酵素であり、この酵素活性大小が葉緑体におけるFdとNADPHからの各種酵素群への電子分配の利用度を決める要因となると考えられる。高等植物の葉緑体は少なくとも2つのタイプの本酵素が存在している。本研究では、この異なるFNRの特異的な機能を調べるために、シロイヌナズナを材料に本酵素遺伝子の欠損変異体やRNAi株を作製し、電子分配の特性変化を解析した。シロイヌナズナではFNRlとFNR2が存在するが、これらの植物体ではその内の特定の分子種のFNRが欠損あるいは含量が減少していた。そして、野性型植物では両方の分子種ともチラコイド膜に結合していたが、改変植物株では、一方のFNR分子種が欠損すれば両方の分子種とも膜結合の特性が消失していることが判明した。このようなFNRが膜から遊離した状態の植物では、還元型FdとNADPHの酵素群への供給バランスが崩れ、窒素同化系のようなFd依存性代謝が増進した。窒素栄養が律則されているような状態下では、このような植物のバイオマスは野生型に比べ大きくなった。これらの結果は、作物において窒素と炭素の固定能力を人工的に改変できる可能性を示唆するものである。