植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで - 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究 平成22年度~26年度

A01 公募研究:個別刺激応答機

紫外-可視光波長可変レーザーを利用した植物の紫外光環境感覚に関する研究

研究代表者 日出間 純 東北大学大学院生命科学研究科・准教授 研究代表者ホームページ
連携研究者 寺西 美佳 東北大学大学院生命科学研究科・助教
高橋 文雄 さきがけ研究員、東北大学大学院生命科学研究科・博士研究員
谷内 哲夫 東北大学学際科学国際高等研究センター・教授

研究概要

 紫外線UVBによって誘発されるDNA損傷(シクロブタン型ピリミジン二量体:cyclobutane pyrimidine dimer [CPD])を、青色光を利用して修復するCPD光回復酵素は、太陽光の下で生きる植物にとって、必須の酵素である。これまでに我々は、①イネのCPD光回復酵素遺伝子は、UVB~青色の光照射によって発現誘導されること、②核内で機能していると考えられてきたCPD光回復酵素は、核、葉緑体、ミトコンドリアのDNAを有する全てのオルガネラへ移行する”triple targeting protein”であり、葉緑体への移行には、CPD光回復酵素のリン酸化修飾とUVB~青色光が関与している可能性を見出した。これらの結果は、まさに植物がUVB環境に適応するために、UVB~青色光域の光を「環境感覚」として利用していることを意味する。
 また我々は、CPD光回復酵素遺伝子の光発現誘導、および細胞内局在に関する光応答反応の作用スペクトルを解析するために、迅速に細胞内での光応答反応を観察(可視化)し解析できる装置、すなわち、様々な波長の単色光を瞬時にかつ局所的に照射できる光源(UV-可視光波長可変レーザー装置)を顕微鏡システムに導入し、細胞内で起こる現象をリアルタイムで解析する装置の開発に着手してきた。
 本研究では、本領域の光生物学、解析技術開発研究者らと、お互いの情報、知識、技術を有機的に共有することで、「紫外光に対する植物の環境感覚」をテーマに以下の2課題を遂行し、新たな植物の光環境感覚の分野を開拓することを目的とする。
 (1)「UV-可視光波長可変レーザー装置」を利用して、CPD光回復酵素の遺伝子光発現誘導の紫外領域から赤外領域における作用スペクトルを測定し、光発現誘導に関わる光受容体を明らかにする。
 (2)「一細胞顕微照射システム」を利用して、一細胞内の核、葉緑体、細胞質等に局所的に種々の単色光レーザーを照射し、CPD光回復酵素の細胞内局在の光応答反応を解明する。

図:概念図

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