イネ葉の出葉から老化過程を通してのrbcS,rbcL
mRNA量とribulose-1,5-bisphosphate
carboxylase/oxygenase生成量の関係に窒素供給量
の違いが及ぼす影響
著者
今井 一洋
号
847
発行年
2005
URL
http://hdl.handle.net/10097/16634
氏
名(本 籍)
学 位 の 種 類
学 位 記 番 号
学位授与年月 日
学位授与の要件
研 究 科 専 攻
学 位 論 文 題 目
い ま い かず ひ ろ今
井
一
洋
博
士(農
学)
農
博
第847号
平
成18年3,月24日
学 位 規 則 第4条
第1項
該 当
農 学 研 究 科 応 用 生 命 科 学 専 攻
(博 士 課 程)
イ ネ 葉 の 出 葉 か ら老 化 過 程 を 通 して のrわc3,rわcLmRNA
量 とhbulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase生
成
量 の 関 係 に窒 素 供 給 量 の 違 い が及 ぼす 影 響
論 文 審 査 委 員
(主
査)教
(副
査)教
教
彦
剛
行
忠
知
尾
谷
前
西
山
授
授
授
論
文
内
容
要
旨
序論
窒 素 は 、 植 物 に と っ て 一 般 に 最 も不 足 しや す い 栄 養 元 素 で あ り 、 そ の 不 足 は 、 作 物 の 成 長 や 収 量 に 多 大 な る 影 響 を 及 ぼ す 。 多 くのC3植 物 に お い て 、 葉 の 光 合 成 速 度 と 窒 素 含 量 の 間 に は 、 高 い 正 の 相 関 関 係 が 認 め ら れ て い る(Evans1989)。 こ れ は 、 葉 緑 体 の 光 合 成 反 応 に 関 わ る 数 多 くの タ ンパ ク 質 に 多 量 の 窒 素 が 分 配 さ れ て い る こ と に 起 因 す る 。 そ の 中 で も っ と も 多 量 に存 在 す る タ ン パ ク質 がribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase(Rubisco,EC4.1.1.39)で あ る 。 高 等 植 物 に お け るRubiscoは 、SSU(smallsubunitofRubisco)、LSU(largesubunitof Rubisco)の2つ の サ ブ ユ ニ ッ ト、 そ れ ぞ れ8量 体 ず つ か ら構 成 さ れ る16量 体 で あ る 。SSu、 LSUを コ ー ドす る 遺 伝 子 、r加S、 めoL遺 伝 子 は 、 核 ゲ ノ ム 、 葉 緑 体 ゲ ノ ム に そ れ ぞ れ 存 在 す る 。 葉 に お け るRubisco量 は 、 光 飽 和 、 現 大 気CO2条 件 下 に お け る 光 合 成 の 律 速 因 子 で あ る (Makinoetal.1985,1997;Evans1986)。 ま た 、Rubiscoは 、 葉 の 老 化 と と も に 分 解 さ れ 、 そ の 窒 素 は 、 生 長 部 へ と 転 流 さ れ て 再 利 用 さ れ る 。 そ れ 故 に 、 葉 に お け るRubiscoの タ ー ン オ ー バ ー 、 す な わ ち 、 生 成 と 分 解 は 、 植 物 に お け る 炭 素 代 謝 、 窒 素 代 謝 に 深 く関 与 し て い る 。 イ ネ に お け るRubiscoの タ ー ン オ ー バ ー は 、 安 定 同 位 体15Nを 用 い た 実 験 に よ っ て 詳 細 に調 べ られ て い る(Maeetal.1983;Makinoetal.1984;Suzukietal.2001b)。Makinoら(1984)は 、 イ ネ を 水 耕・法 に よ り育 て 、 そ の 第12葉 を 用 い て 、 葉 の 出 葉 か ら老 化 過 程 を 通 して の 培 養 液 窒 素 濃 度 とRubisco量 、Rubisco生 成 量 、Rubisco分 解 量 の 関 係 を調 べ た 。 そ の 結 果 、Rubisco量 と Rubisco生 成 量 は 、 窒 素 供 給 量 の 上 昇 と 共 に 増 加 す る こ と を 明 ら か に し た 。 ま た 、Suzukiら(2001b)は 、 比 較 的 低 窒 素 濃 度 の 元 で 生 育 し た イ ネ の 第8葉 を 用 い て 、 葉 の 出 葉 か ら老 化 過 程 を 通 して めcS、 め σムmRNA量 、Rubisco生 成 量 を調 べ た 。 そ の 結 果 、 めoS、 めσLmRNA量 と Rubisco生 成 量 は 、 相 応 して 変 動 す る こ と を 明 ら か に し た 。 しか しな が ら、 こ れ ら の 研 究 に お い て 、 窒 素 供 給 量 の 違 い が 、 施cS、 冶oLmRNA量 とRubisco生 成 量 の 関 係 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て は 、 未 だ 明 ら か に さ れ て い な い 。 本 研 究 で は 、 第1章 に お い て 、 水 耕 栽 培 し た イ ネ の 第8葉 を 材 料 に 、 葉 の 展 開 中 の 窒 素 供 給 量 の 違 い が 冶cθ、 冶o乙mRNA量 、Rubisco生 成 量 に 与 え る 影 響 名 明 ら か に す る こ と と も に 、 めc5、 めcLmRNA量 とRubisco生 成 量 の 関 係 が 、 葉 の 展 開 中 か ら葉 の 老 化 初 期 に か け て 、 ど の よ う に 変 わ る の か を 明 ら か に す る こ と を 目 的 と した 。 ま た 、 第2章 に お い て 、 イ ネ 葉 の 老 化 初 期 、 中 期 、 後 期 に お け る 窒 素 供 給 量 の 違 い が め05、 施oLmRNA量 、Rubisco生 成 量 に ど の よ う な 影 響 を 及 ぼ す の か を 明 ら か に す る こ と と も に 、 葉 の 老 化 と と も に め05、 めcムmRNA量 とRubisco生 成 量 の 関 係 は 、 ど の よ う に 変 化 す る の か を 明 ら か に す る こ と を 目 的 と した 。 第1章 窒 素 供 給 量 の 違 い が イ ネ 葉 の 出 葉 か ら老 化 初 期 ま で の 施 σS、めo乙mRNA量 と Rubisco生 成 量 の 関係 に及 ぼす 影響 イ ネ(0り 〆zasa翻aLcv.Notohikari)を 水 耕 栽 培 法 に よ り育 て た 。 主 桿 第8葉 身 が 第7葉 鞘 か ら 出 葉 して か ら2日 間 、Rubisco生 成 量 を 算 出 す る た め の15Nラ ベ ル を す べ て の イ ネ に 対 して 行
い 、 そ の 直 後 か ら 異 な る 窒 素 栄 養 濃 度 、 す な わ ち 標 準 濃 度(1mMN,0.5mMNH4NO3)、 高 濃 度(4mMN,2.OmMNH4NO3)の 培 養 液 に 移 して 老 化 初 期 ま で 栽 培 を 行 っ た 。 他 の 栄 養 元 素 に っ い て は 、 標 準 濃 度 と 同 じ濃 度 と し た 。 水 耕 液 は 、7日 後 に 同 濃 度 に て 更 新 した 。 葉 の 成 熟 、 老 化 の 指 標 と な る 葉 身 全 窒 素 量 、 ク ロ ロ フ ィ ル 量 は 、 葉 の 展 開 中 に1mMN区 、4mMN区 と も に 大 き く増 加 して 、1mMN区 で は 、 葉 の 完 全 展 開 直 後 に 減 少 を 始 め て い た が 、4mMN区 で は10 日 目 ま で 増 加 し て い た(Fig.1)。Rubisco、 葉 緑 体 チ ラ コ イ ド膜 に 存 在 す るlight-harvesting chbrophyllalbbindingproteinofphotosystemll(LHCII)、couplingfactor1(CF1)は 、1mM区 で は6日 目 、4mMN区 で は10日 目 ま で 大 き く増 加 して'、'その 後 、 減 少 した(Fig.2)。15N分 析 か ら求 め た4日 問 当 た りのRubisco生 成 量 の 変 動 をFig.3に 示 した 。Rubisco生 成 量 は 、1 mMN区 、4mMN区 共 に 葉 の 展 開 中 で は 高 い 値 を 示 した が 、 葉 の 完 全 展 開 以 降 は 大 き く減 少 し た 。
次 に 、 冶oS、 施cLmRNA量 の 変 動 を調 べ た 。RNAの 抽 出 に は 、 葉 の 一 生 を 通 し て 、81-95% の 抽 出 効 率 を保 て るSuzukiら(2001a)の 方 法 を 用 い た 。 ゲ ル ブ ロ ッ ト解 析 を行 い(Fig.4)、 用 い た プ ロ ー ブ の 特 異 性 を 確 認 し た 後 、 ド ッ ト プ ロ ッ ト法 に よ っ てmRNA量 の 定 量 を行 っ た 。 内 部 標 準 に は 、RNAに はNADH-dependentgiyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase(GAPDH)
mRNAを 用 い た 。1mMN区 の 施cSmRNA量 は 、2日 目以 降 減 少 す る 傾 向 に あ っ た が 、4mMN 区 の め05mRNA量 は 、 葉 の 完 全 展 開 、 す な わ ち6日 目 ま で 増 加 して 、 そ の 後 、 大 き く減 少 した (Fig.5)。1mMN区 の め σLmRNA量 は 、 ハboSmRNAと 同 様 に2日 目 以 降 減 少 す る傾 向 に あ っ た が 、4mMN区 の めoLmRNA量 は 、4日 目 、6日 目 と徐 々 に増 加 し て 、 そ の 後 、 急 激 に 減 少 し て い た(Fig.5)。 めoS、 めcLmRNA量 の 変 動 とRubisco生 成 量 の 変 動 を比 較 す る た め 、 そ れ ぞ れ4日 間 当 た りの 平 均 値 を 比 較 した(Fig、6)。1mMN区 で は 、Rubisco生 成 量 は 、 葉 の 完 全 展 開 以 降 に 大 き く減 少 し て い た が 、 めc5、 めoLmRNA量 は}葉 の 完 全 展 開 以 降 もRubisco生 成 量 に 見 ら れ る よ う な 大 き な 減 少 は 見 ら れ な か っ た 。 こ の 傾 向 は 、4mMN区 で も同 様 で あ っ た 。 こ れ らの 結 果 よ り、 痴oS、 施oムmRNA量 及 びRubisco生 成 量 は 、 窒 素 供 給 量 の 違 い に 応 答 して 変 動 す る こ と、 ま た 、 の05、!わo乙mRNA量 とRubisco生 成 量 の 関 係 は 、 葉 の 展 開 中 と完 全 展 開 以 降 に お い て 、 異 な っ て い る こ と が 明 ら か と な っ た 。 第2章 イ ネ葉 の老 化 過 程 にお け る めcS、rboムmRNA量 とRubisco生 成 量 の 関係 に窒 素 供 給 量 の 違 い が 及 ぼす 影 響 第1章 の 結 果 か ら、 め05、 施oLmRNA量 とRubisco生 成 量 の 関 係 は 、 葉 の 展 開 過 程 と葉 の 老 化 過 程 で 異 な る こ と が 示 唆 さ れ た 。 そ こ で 、 第2章 で は 、 イ ネ 葉 の 老 化 過 程 に お い て 、 異 な る 窒 素 供 給 量 が めσS、 酌cLmRNA量 、Rubisco生 成 量 に ど の よ う に 影 響 す る の か 、 ま た 、 冶oS、 煮boLmRNA量 とRubisco生 成 量 の 関 係 は 、 葉 の 老 化 と と も に ど の よ う に 変 化 す る の か を 明 らか に す る こ と を 目 的 と し た 。 加 え て 、 老 化 葉 に お い て も窒 素 が 流 入 す れ ばRubiscoの 生 合 成 は 行 わ れ る 可 能 性 が あ る こ と か ら(Maeetal.1983;Makinoetal.1984)、 強 制 的 に 窒 素 が 第8葉 に 流 入 す る よ う な 切 除 処 理 区 を 設 け て 、Rubisco生 成 量 と窒 素 流 入:量の 関 係 を 調 べ た 。
サ ン プ ル は ・ 第1章 と 同 様 に イ ネ(01γzasa〃MaLcv・Notghlkari)の 主 桿 第8葉 身 を 用 い た 。 第8葉 身 が 第7・ 葉 鞘 か ら 出 葉 して か ら 、 第1章 と 同 様 にRubisco生 成 量 、 窒 素 流 入 量 を 算 出 す る た め の15Nラ ベ ル を行 い 、 そ の 後 、1mMN(0.5mMNH4NO3)の 水 耕 液 に 移 して 栽 培 を 続 け た 。 老 化 初 期(第8葉 の 出 葉 か ら6日 目)、 老 化 中期(14日 目)、 老 化 後 期(22日 目)に1 mMN区 に 加 え て4mMN(2.OmMNH4NO3)の 窒 素 栄 養 処 理 区 を設 け て 栽 培 を そ れ ぞ れ6日 間 行 い 、1日 お き に サ ン プ リ ン グ した 。 切 除 処 理 区 は 、 老 化 後 期 に 主 桿 第8葉 以 外 の 葉 と 分 げ つ を す べ て 切 除 し、4mMNの も と で 栽 培 した(切 除 区)。 葉 身 全 窒 素 量 、Rubisco量 、LHCII量 、 CF1量 は 、 老 化 初 期 、 中 期 、 後 期 の い ず れ の4mMNの 窒 素 栄 養 処 理 に よ つ て1mMN区 よ り も' 増 加 し た(Rg.7)。 ま た 、 切 除 区 の 葉 身 全 窒 素 量 、Rubisco量 、LHCII量 、CF1量 は 、4mMN 区 よ り も高 い 値 を 維 持 して い た 。 葉 身 へ の 窒 素 流 入 量 は 、1mMN区 で は 、 葉 の 展 開 中 に 高 熔 値 を 示 し た が 、 葉 の 完 全 展 開 以 降 は 、 大 き く減 少 し た(Fig.8)。 老 化 初 期 、 中 期 、 後 期 の4mMN 区 で は 、 窒 素 流 入 量 は 、1mMN区 よ り増 加 した が 、 葉 の 老 化 と と も に そ の 増 加 量 は 低 く な る傾 向 に あ っ た 。 ま た 、 切 除 区 の 窒 素 流 入 量 は 、4mMN区 よ り も 高 か っ た 。2日 間 あ た りの Rubisco生 成 量 は 、1mMN区 、4mMN区 、 切 除 区 の い ず れ の 区 に お い て も、 窒 素 流 入 量 と似 た 変 動 が 見 られ た(Fig.9)。 老 化 後 期 に お け る 窒 素 流 入 量 とRubisco生 成 量 の 相 関 を 調 べ た (Rg.10)。 そ の 結 果 、2つ の 因 子 の 間 に は 、 正 の 相 関 関 係 が 見 ら れ た 。 こ の 結 果 か ら 、 窒 素 流 入 量 の 増 加 が あ る 場 合 、 老 化 葉 で もRubisco生 成 量 の 増 加 が あ る こ とが 示 さ れ た 。
Fig.12に 酌cS、 めo乙mRNA量 の 変 動 を 示 した 。mRNAの 定 量 は 、 第1章 と 同 様 に 行 っ た (Fig.11)。1mMN区 の のoSmRNA量 、 めoLmRNA量 は 、2日 目 以 降 、 減 少 す る 傾 向 を 示 し た が 、 老 化 初 期 、 中 期 、 後 期 の 水 耕 液 更 新 時 に 若 干 の 増 加 を示 した(Rg.12)。 老 化 初 期 、 中 期 、 後 期 の4mMN区 の めcSmRNA量 、 めcLmRNA量 は 、 い ず れ も4mMの 窒 素 栄 養 処 理 を して か らす み や か に 増 加 して 、 そ の 後 、 急 激 に減 少 し て い た 。Table1に 老 化 初 期 、 中 期 、 後 期 に お け る ハbosmRNA量 ま た は めoLmRNA量 に 対 す るRubisco生 成 量 の 割 合 を示 した 。 ハbcSmRNA 量 ま た は ぬoムmRNA量 に 対 す るRubisco生 成 量 の 割 合 は 、 葉 の 老 化 の 進 行 に 従 っ て1mMN区 、 4mMN区 の 両 窒 素 栄 養 処 理 区 に お い て 、 共 に 減 少 して い た 。 こ れ ら の 結 果 か ら 、 葉 の 老 化 過 程
に お い て も、 窒 素 供 給 量 の 増 加 に よ り ハ加S、 めcムmRNA量 、Rubisco生 成 量 が 増 加 す る こ と 、 一 方、 めoεmRNA量 ま た は めoムmRNA:量 に 対 す るRubisco生 成 量 の 割 合 は 、 葉 の 老 化 の 進 行 と 共 に 低 下 す る こ とが 明 らか と な っ た 。
ま と め
本 研 究 で 以 下 の こ とが 明 ら か と な っ た 。
1.イ ネ 葉 の 展 開 中 に お け る 窒 素 供 給 量 の 違 い に 応 じ て 、 めoS、 めoムmRNA量 、Rubisco生 成 量 は 変 動 す る 。
2,葉 の 老 化 過 程 に お い て も窒 素 供 給 量 の 増 加 に よ っ て 、 の05、 め σムmRNA量 、Rubisco生 成 量 は 、 増 加 す る 。
4.老 化 葉 に お い て も窒 素 流 入 量 が 増 加 した 場 合 、Rubisco生 成 量 は 増 加 す る 。
引用文献
EvansJ.R(1986)P伯 η彪!167,351-358. EvansJ.R.(1989)Oecologia78,9-19. MaeT.,MakinoA.&OhiraK.(1983)Plant&CellPhysiology24,1079-1086. MakinoA.,MaeT.&OhiraK.(1984)Plant&CellPhysiology25,429-437. MakinoA.,MaeT.&OhiraK.(1985)Planta166,414-420. MakinoA.,ShimadaT.,TakumiS.,KanekoK.,MatsuokaM.,ShimamotoK.,NakanoH.,Miyao-TokutomiM.,MaeT.& YamamotoN(1997)Pla耐Pわ γ5'o'ogγ114,483-491. SuzukiY.,MakinoA.&MaeT.(2001a)JournalofExperimentalBotany52,1575-1579. SuzukiY.,MakinoA.&MaeT.(2001b)P佃 η',Oe〃8ε η欧)ρmθ 耐24,1353-1360.原著論文
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IrvingL.J.,ImaiK.,MakinoA.,MaeT.andRobinsonD.(2005)Nitrogenallocation,Rubisco
turnoverandyieldintwobarleygenotypes.Journalofexperimentalbotany(submitted).
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CF7 246810121A Daysa貴e「leafeme「g帥ce Fig.2Changesintheamountsof RubiscoandLHCIIandthelevelofCFl intheeighthleafbladesofricefrom emergencetotheearlystageofleaf senescence.Dataineachgraphare meansｱSD(n=4).Plantsweregrown withtwolevelsofNsupply(1mM-N treatment,Oand4mM-Ntreatment,/) fromtheseconddayafterleaf emergence.Thearrowineachgraph indicatesthetimewhentheeighthleaf bladeshadfullyexpanded. 4 3 2 ﹂ ー (の ︾ 碧 ミ o 碍 三 噛 器 ミ O ∈ ) 8 ω 旧号 = で o 遡 ω o ξ 呈 ωa
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1わcL mRNA騰::讐.
GAPDH mRNA …盤 拳 …:.樵簾..繋鱒 禰鯵…轍.業.難 Fig.4Gelbbtanalyslsof1わoS,めoムand GAPDHmRNAsintheeighthleafbladesof ricefromemergencetotheearlystageof leafsenescence.TotalRNA(5ｵgforrbcS andrbcLmRNAsand9ｵgforGAPDH mRNA)wassubjectedtoagarosegel electrophoresis.Plantsweregrownwithtwo levelsofNsupply(1mM-Ntreatmentand4 mM-Ntreatment).Ntreatmentswere commenced2daysafterleafemergence. Thenumberaboveeachlanerepresentsthe dayafterleafemergence. 1甚 舗
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α{階2468101214 Daysafterleafemergence ウ ロ ω 註 で ミ ⑦ 慧 旧￡ 器 ミ O ∈ ( ω 旧ω 0 ﹄ O 眉 煽 一Ω 噛 邸 O 一) 一 ① ︾ ① 一 ① ︾ 旧一 〇 一⑩ ﹃ ■ ( 0 旧ω O ﹄ O 眉 邸 一Ω 噛 σ ① 一︾ 噛O ︾ 0 囎 ① ︾ 噌一 弱 一〇 ﹃ ■ Fig.5Changesintherelativelevelsof1わ σS andrbcLmRNAsintheeighthleafblades ofricefromemergencetotheearlystageof deafsenescence.Dataineachgraphare meansｱSD(n=4).Plantsweregrownwith twolevelsofNsupply(1mM-Ntreatment, Oand4mM-Ntreatment,■)fromthe seconddayafterleafemergence.The arrowineachgraphindicatesthetune whentheeighthleafbladeshadfully expanded. 0 1.00 0.75 0.50 0.25 o.oo i.oo 0,75 0.50 0.25 o.oa oz 幽工
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Fig.7ChangesintheamountsoftotaltealN, chlorophyll,RubiscoandLHCIIintheeighthleaf bladesofricefromemergencethroughsenescence. RiceplantsweregrownwithlmMNand4mMN supplyontheearly,middleandlatestagesof senescenceoftheeighthleafblades.Theremoval treatmentwasconductedatthelatestage(twenty-seconddayafterleafemergence)ofsenescenceof theeighthleafblade,inwhichallleafbladesexcept theeighthleafbladeonthemainstemandalltillers wereremoved,andtheplantsweregrownwith4mM Nsupply.DataineachgrapharemeansｱSD(n=3). Thearrowineachgraphindicatesthetimewhenthe eighthleafbladeshadfullyexpanded.1mM-N treatmen重(0),4mM・Ntreatment(□)andremovaI treatment(△).0 0 0 0 4 3 2 ﹂ 1 ( ω 台 眉 α 、9 エ ￡ 8 5 0 E 二 ) × 三 宅 旧 Z
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1.25 1.00 0.75 0.50 0.251 o.oo 1mMN 4mMN/.
Removal 4 (書 工 ε 8 葛 ∈ ) O O ω 万 = 匡 3 2 可 0 Fig.9Changesinthe amountsofRubisco synthesizedforeachtwo-dayperiodintheeighthleaf bladesofrice.Dataare means+SD(n=3).Theline ineachgraphrepresents changesintheRubisco contentshowninFig.7.丁he arrowineachgraph indicatesthetimewhenthe eighthleafbladeshadfully expanded. 0481216202428048121620242804 Daysafterleafemergence 81216202428 ( ω ︾ 醤 " も ℃ エ ￡ 8 ち ∈ ) 8 ω 順﹄ 5 匡 ﹁ o N 噂o唇 0 5 鼠 ω 0.6 0.50.4
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Ninflux
(NmoUleafblade/2days)
Fig.10SynthesiezedRubisco versusNinfluxintotheeighth leafbladesofriceatthelate stageofsenescenceofthe eighthleafblade.1mM-N treatment(0),4mM-N treatmen塗(■)andremoval treatment(△ 〉. 1mMN 1mMN 4mMN め σs mRNA め σ乙 mRNA GAPDH mRNA 024 1mMN 4mMN 冶oS mRNA めcム mRNA GAPDH mRNA 6 81012 81012 惚 轡 ・・;潮膨 轍 ・騨: 1mMN 4mMN 20 冶os mRNA 武bσL mRNA GAPDH mRNA 14161820161820 rわcs mRNA ゆ σL mRNA GAPDH mRNA 22242628242628 Fig.11Gelblotanalysisof施oS,めc乙 andGAPDHmRNAsintheeighthleaf bladesofricefromemergencethrough senescence.TotalRNA,5μgforめoS mRNA,2ｵg(daysO-4and22-28)or5 ｵg(days6-12and14-20)forrbcLmRNA and9ｵgforGAPDHmRNA,was subjectedtoagarosegelelectrophoresis.( ω 旧の " Ω O 眉 O 一﹄ 噛 6 0 一 ) 一〇 ︾ 〇 一 ① ︾ 旧り 05 一〇 鯉﹂ 1.001 0.75 0.50 0.25 o.oa
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481216202428 Daysafterleafemergence Table1.TheratiosoftheamountofRubiscosynthesizedto theievelsof施cSandめoLmRNAsontheea圃y,middleand latestagesofsenescenceoftheeighthleafblades.Theratic wascalculatedastheaverageamountofRubiscosynthesized totheaveragelevelofrbcSmRNAorrbcLmRNAfor4days afterthelmM-Ntreatmentorthe4mM-Ntreatment. Early stageofleaf senescence Middle stageofleaf senescence Late stageofleaf senescence灘藻 り{
灘龍1){
1mMN 4mMN 1mMN 4mMN 0.36 1.15 oss 0.93 0.23 0.95 o.io 0.70 0.18 o.as 0.05 0.38 Fig.12ChangesinthelevelsofrbcSandrbcL mRNAsintheeighthleafbladesofricefrom emergencethroughsenescence. RiceplantsweregrownwithlmMNand4mMN supplyontheearly,middleandlatestagesof senescenceoftheeighthleafblades.Theremoval treatmentwasconductedonthelatestage(twenty-seconddayafterleafemergence)ofsenescenceof theeighthleafbladeasdescribedinFig.7.Datain eachgrapharemeansｱSD(n=3).Thearrowin eachgraphindicatesthetimewhentheeighthleaf bladeshadfullyexpanded.1mM-Ntreatment(0) and4mM-Ntreatment(■).論 文 審 査 結 果 要 旨
Ribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase(Rubisco)は,光 合 成 に よ るCO2同 化 及 び 光 呼 吸 の 初 発 反 応 を 触 媒 し,特 異 的 に 多 く 存 在 す る 酵 素 で あ る 。Rubiscoに 投 資 さ れ る 窒 素 は,成 熟 し た イ ネ 葉 に お い て は 葉 身 全 窒 素 の お よ そ30%を 占 め,そ の 量 は 光 飽 和,現 大 気CO2分 圧 下 に お け るCO2 同 化 速 度 の 律 速 要 因 と な っ て い る 。Rubiscoは,葉 の 展 開 過 程 で 急 激 に 増 加 し展 開 終 了 後 に 最 大 値 に 達 し,そ の 後 の 老 化 過 程 で 減 少 し て い き.,枯 死 時 に は 見 られ な く な る 。 老 化 過 程 で 葉 に お い て 分 解 さ れ たRubiscoの 窒 素 は 成 長 部 へ と 転 流 さ れ,そ こ で 再 利 用 さ れ る 。 し た が っ て 葉 の 一 生 に お け る Rubiscoの 消 長 は,葉 の 光 合 成 機 能 を 介 し て 炭 素 経 済 と,ま た 窒 素 利 用 を 介 し て 窒 素 経 済 と深 く 関 わ っ て い る 。 葉 に お け るRubisco含:量 は そ の 生 成 と分 解 の バ ラ ン ス に よ っ て 決 定 され,窒 素 栄 養 の 影 響 を 強 く受 け る 。 し か し,異 な る 窒 素 栄 養 レベ ル の も と で 成 育 した イ ネ 葉 のRubiscoが,葉 の 一 生 を 通 し て ど の よ うな 分 子 的 背 景 の も とで 生 成 さ れ て い る か に つ い て は,十 分 に 解 明 さ れ て い な い 。 本 研 究 で は,第1章 に お い て,イ ネ を 材 料 に 第8葉 身 が 出 葉 して か ら異 な る 窒 素 栄 養 濃 度1mM Nと4mMNの 水 耕 液 に 移 し て 第8葉 の 老 化 初;期 ま で 栽 培 を 行 い,葉 の 展 開 中 の 窒 素 供 給 量 の 違 い がrわc∫,rわcLmRNA量,Rubisco生 成 量 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る と 共 に,rわc∫,zわcLmRNA量 と Rubisco生 成 量 の 関 係 が,葉 の 展 開 中 か ら葉 の 老 化 初 期 に か け て,ど の よ うに 変 わ る の か を解 析 し た 。そ してrわc∫,rわcLmRNA量 及 びRubisco生 成 量 は,窒 素 供 給 量 の 増 加 に 応 答 して 増 加 す る こ と,7わc∫, rわcLmRNA量:とRubisco生 成 量 の 関 係 は,葉 の 展 開 中 と完 全 展 開 以 降 に お い て,異 な っ て い る こ と を 明 ら か と し た 。 第2章 で は,イ ネ 葉 の 老 化 初 期,中 期,後 期 に お け る 窒 素 供 給 量 の 違 い が,rわc∫,zわcLmRNA量, Rubisco生 成 量,窒 素 流 入 量 に ど の よ うな 影 響 を 及 ぼ す の か に つ い て 解 析 し た 。 ま た,老 化 後 期 に お け る 窒 素 流 入 量 とRubisco生 成 量 の 関 係 を 調 べ る た め,切 除 処 理 区 を 設 け 解 析 し た 。 そ して1)葉 身 全 窒 素 量,Rubisco量,窒 素 流 入 量,Rubisco生 成 量,rわc3,7うcLmRNA量 は,老 化 初 期,中 期,後 期 の い ず れ の 時 期 に お い て も 窒 素 供 給 量 の 増 加 に よ っ て 増 加 す る こ と,2)老 化 後 期 に 第8葉 以 外 を 切 除 し て 葉 へ の 窒 素 流 入 量 を 強 制 的 に 増 加 させ た 場 合 もRubisco量 は 増 加 し,老 化 期 を 通 し て 窒 素 流 入 量 とRubisco生 成:量 の 間 に 正 の 相 関 関 係 が 認 め られ る こ と,3)zわc∫mRNA量 ま た はrわ ∫LmRNA量 に 対 す るRubisco生 成 量 の 割 合 は,葉 の 老 化 の 進 行 に 従 っ て 減 少 し て い く こ と,4)Rubisco生 成 量 は 窒 素 の 葉 へ の 流 入 量 に よ り支 配 され る こ と等 を 明 ら か と し た 。以 上 の 知 見 は,葉 に お け るRubiscoの 生 成 と 窒 素 栄 養 の 関 係 の 分 子 的 背 景 を,葉 の 一 生 を 通 し て 明 ら か に した も の と し て 高 く 評 価 され,審 査 員 一 同 は 博 士(農 学)の 学 位 を 授 与 す る に 値 す る も の と判 断 し た 。
