低光量青色光刺激が葉の形態形成制御機構に与える影響

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明期中の総光量の1%以下の微弱な赤色光を暗期開始直後に,または微弱な青色光を暗期終了直前にホウレンソウに照射すると,バイオマスが20%以上増加することが報告された(羽生・庄子,2000)。この現象が普遍的に起こることが理解されたならば,少ない消費電力で植物生産を向上させる画期的な光制御技術を提案できると考える。そこで,この問題ついてホウレンソウを材料として解析を行ってきたところ,暗期開始直後の赤色光刺激は葉肉細胞を伸張させること,また暗期終了直前の青色光刺激は葉肉細胞の数を増加させることによって,葉の展開を促進し、このことが個体全体の光合成を向上させてバイオマスが増大することがわかった。この現象のメカニズムを解明するために,次に実験材料をシロイヌナズナに変えて遺伝子解析を中心とした網羅的な解析を行ってきた.シロイヌナズナにおいても,暗期開始直後の赤色光刺激あるいは暗期終了直前の青色光刺激による成育促進が確認された.光受容体を欠損したシロイヌナズナ(phyA,phyB,cry1およびcry2)の成育解析から,暗期開始直後の赤色光刺激による現象は,フィトクロムBが関与すること,暗期終了直前の青色光刺激による現象にクリプトクロム1および2は関与しておらず,おそらくはフォトトロピンを介していることが推定された.DNAマイクロアレイ解析の結果,コントロール(無補光)に比べて青色光刺激は細胞伸張に関係する酵素,キシログルカンエンドトランスグルコシラーゼの遺伝子発現が高いことがわかった.さらに,青色光刺激をあたえている間は,光合成関連タンパク質の遺伝子発現はほとんどないものの,細胞伸張関連酵素の遺伝子は多種類発現していた.このことは,青色光刺激はおそらく光合成能力よりも葉の展開を促進させることで成育を促進させるという我々の予測を支持する結果のひとつになると考えられた。