光合成能力の限界突破：律速要因の特定と新規フェノタイピング技術の開発

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地球規模での気候変動や人口増加が進むなか、作物生産の基盤である光合成の改良が求められている。本研究は光合成改良を目標に、光合成律速機構の解明と光合成評価技術の開発をおこなった。1. ルビスコ生合成因子BSD2が関与する新規光合成制御機構の発見: ルビスコの活性は光合成の主な律速要因である。我々はシロイヌナズナでBSD2を多く発現させると，ルビスコ活性が上昇しバイオマスが増加することを発見した。さらに詳細な解析から、BSD2が酸化不活性化したルビスコを還元活性化して光合成活性を維持していることをつきとめた。本成果は，植物の持つ潜在的な光合成能力を底上げすることで，作物生産を高められる可能性を示している。これまでに，BSD2高発現イネにおいてバイオマスの増加が確認できた。今後は本技術によって，イネを中心とした農作物の収量を向上できるのか検証する。2. 新たな植物生理活性パラメーターの発見: 我々はこれまで計算で推定されてきた葉内CO2濃度（Ci）を直接測定することで，クチクラ層の水透過性を非破壊で測定する新たな方法を開発した。さらに、葉への水供給を断つと，葉内の湿度が80％以下にまで低下することを見いだした。本結果は、葉の水分動態における未知のメカニズムの存在とともに，光合成などの生理活性と密接に関わる葉の水分状態を測定できる可能性を示唆している。今後は本技術を用いて，作物のストレス耐性評価およびストレス診断技術の開発をおこなう。3. 光合成マッピング技術の開発: 既存のガス交換モデルは均質な葉面（1次元）を仮定している。しかし実際には，葉の形態は空間的に不均一である。そこで、クロロフィル蛍光・赤外光イメージングをガス交換測定と組み合わせることで、光合成を葉面にマッピングする技術を開発した。本技術は、リモートセンシングによる光合成フェノタイピング技術の開発に資するものである。