多くの植物は、光合成により生育に必要なエネルギー源を生み出しています。しかし光合成に必要な光エネルギーを過剰に吸収すると、植物にとって有害な活性酸素(ROS)が生成されます。通常、植物はこのROSを取り除く酵素を持っていますが、水不足やミネラル過多などの環境ストレスにさらされると、光合成が抑制されROSの生成にROS除去機能が追いつかなくなり、植物は枯死してしまいます。ROSが植物細胞内の葉緑体で生成されることはすでに知られていましたが、その詳細な生成場所やメカニズムはこれまで不明でした。

 三宅准教授らの研究グループは、植物の葉から葉緑体と葉緑体チラコイドを取り出し、波長の短い光を連続して照射しました。その結果、光化学系I複合体のうち、「P700」とよばれる光エネルギーを吸収する分子が機能しなくなることで、「スーパーオキシドラジカル(O2 - )」「ヒドロキシラジカル(OH・)」「一重項酸素(1 O2 )」の3種類の活性酸素が生成されることがわかりました。さらに、PSIへの電子の流れを制限すると、活性酸素の生成が抑制されることが確認できました。

 植物にとって、温暖化など地球環境は非常に劣悪になりつつあります。三宅准教授は、「活性酸素の生成メカニズムやその制御メカニズムの一端を解明できたことで、温暖化環境下での食料確保が将来可能になるかもしれない。今後は、活性酸素の制御メカニズムを分子レベルで解明したい」と話しています。

葉における活性酸素生成のスキーム

掲載雑誌

Plant Physiology

掲載論文

Superoxide and singlet oxygen produced within the thylakoid membranes both cause photosystem I photoinhibition.

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(農学研究科、広報課)