植物栄養学研究室 〜三宅親弘のホームページ〜


【更新日】
・2016年05月09日
・2016年04月06日
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・2014年12月26日
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・2010年09月19日
・2008年09月01日

最新情報



■ 2016年05月09日
   ・本日より、新たに実験補助の方がグループに加わってくださいました。

■ 2016年04月06日
   ・この4月から高木大輔氏が特命助教として勤務することになりました。

■ 2016年03月09日
    ・下記の論文をPlant Physiology誌へ公表しました。
    「Suppression of chloroplastic alkenal/one oxidoreductase represses the carbon
     catabolic pathway in Arabidopsis thaliana leaves during night」
    (Plant Physiology February 16, 2016 pp.01572.2015)
    この論文では、葉緑体で生成する活性酸素が膜脂質を酸化することにより生じる
    活性カルボニル(RCS)の消去が抑制されると、呼吸代謝に障害を与えること、
    これにより、夜の生活に支障が出ることを明らかにしました。RCS消去能が低下した
    植物は、24時間昼の環境に置かれると野生型と全く変わらない生活ができます。
    この内容の詳細は、神戸大学の研究紹介ホームページをご覧ください(http://www.
    kobe-u.ac.jp/NEWS/research/2016_03_07_01.html)。

■ 2016年03月08日
      ・下記の論文をPlant Cell Physiology誌へ公表しました。
    「Reduction-induced suppression of electron flow (RISE) in the
         photosynthetic electron transport system of Synechococcus elongatus PCC
         7942 」 (Accepted December 2, 2015) (online December 26, 2015
         doi:10.1093/pcp/pcv198)
    この論文では、新規な光合成電子伝達制御機構を報告しております。これまで、
    私たちは、光合成生物が光合成をしているときに不可避的に生成する
        活性酸素(ROS)の生成を抑制するメカニズムを明らかにしてきました(Sejima et al.
    2014)。今回の論文は、そのメカニズムに新規なものが存在し、非常に効率よく
    ROS生成抑制に貢献する可能性を見出しました。この内容の詳細は、釋くんが
    日本光合成学会に総説記事を執筆しましたので、そちらをご覧ください。

■ 2016年02月01日
   ・新年の挨拶もしないままに、鬼追いの追儺会ですね。

■ 2015年11月09日
   ・新たに、3回生(3人)が私たちのグループに配属になりました。

■ 2015年10月31日
   ・「研究紹介」(神戸大学での研究)を2010年9月19日以来、記載していなことに気付
    きました。すっかり忘れるんですね。つれづれに記載していることを宣言しているので、
    なにも意識してませんでした。今日までの研究を紹介する時期に来ているのかもしれ
    ません。ふと、本日、そう思いました。

■ 2015年9月25日
   ・下記の論文をPhysiologia Plantarum誌へ公表しました。
    「Post-illumination transient O2-uptake is driven by photorespiration
     in tobacco leaves」
    Physiologia Plantarum 2015; DOI: 10.1111/ppl.12388(2015年9月21日掲載)
        (2015年8月4日受理)
          光合成が抑制される環境を設定したところ、(1)植物生葉が光合成によりCO2固定
        できないにもかかわらず、光エネルギーが化学エネルギー(NADPHを生成する電子
        の流れ、およびATP)に変換されていることを初めて見いだしました。また、(2)この状
    況下、生葉はO2を吸収していることを見いだしました。このO2吸収は、光合成がスム
    ースに進行する環境下では抑制されます。これらの事実にもとづき、さらに解析をすす
    めたところ、植物がもつ光呼吸代謝がO2吸収を引き起こすメインの分子メカニズムであ
    り、過剰な光エネルギーを安全に処理していることを明らかにしました。つまり、光合成
    が抑制されるとき、光合成に代わり電子の流れを生み出すオルタナティブ・エレクトロ
    ン・フローの分子的実体が光呼吸であることを、物質O2の収支を正確に測定すること
    により、定量的に、初めて示すことに成功しました。

    ★植物栄養学研究室では、世界でだれも見出していない、光合成生物である植物
    あるいは藻類などが示す細胞の生理現象に出会うことを大切にしています。これまで
    も多くの生理現象に学生さんが出会い、そのメカニズムを明らかにしてきたことを世界
    に発信してきました。それぞれの研究に、我々自身で見出した生理現象がルーツ(根
    っこ)としてあり、「その存在の理由」を多くの側面から思索することを自ら求め追及して
    います。生理現象を見出す生理屋としての学問スタイルは、私の恩師である浅田浩二
    先生そしてビュルツブルグ大学のUlrich Schreiber先生をルーツとしています。両先生
    の教えが本研究室に展開されていることを、この3月にSchreiber先生が研究室訪問さ
    れたときに認めて下さったことは学生と一緒に誇れることでした。
            今回の報告も、光照射後に大きなO2吸収が生じるという生理現象に出会ったこと
    が解析の始まりでした。そして、その結果、今世界で多くの議論がなされているオルタ
    ナティブ・エレクトロン・フロー(alternative electron flow, AEF)のメインの分子メカニズム
    を明らかにすることに至りました。一方で、AEFとして提唱されてきた"the water-
    water cycle (WWC)" 、"cyclic electron flow (CEF)"、そして"Respiration"との関
        係は、これから明らかにする必要があります。
      今回の論文審査では、ルーツの報告を大切にしてくださったEditorに感謝していま
    す。また、光合成解析手法に、非常に貴重で温かいアドバイスをいただいたレフリーの
    方々に謝意を表します。その結果、信頼性の高い光合成でのO2収支モデルとその解
    析法を報告できました。植物栄養学研究室から、光合成モデルを世界に発信できたこ
    とは大きな成果です。

    ★予告編:最近、学生さんが、WWC、CEFそしてRespirationの関係を明らかにする生
    理現象に出会いました。これにより、AEFの存在理由を包括的にとらえる解析が可能
    になりそうです。近い将来、ご報告できると思います。
    

■ 2015年5月8日
   ・久しぶりの更新です。最近、植栄にENGEI部が発足しました。部長はH氏で、
    名誉会長は世界のS氏です。早速、顧問として、KAGETSUに行かねばと
    思ってたら、圃場でネタを仕込んでました。実るのが楽しみです。

■ 2014年12月26日
   ・下記の総説が、World Biomedical Featuresにセレクションされました。
     「Why don't plants have diabetes? Systems for scavenging
    reactive carbonyls in photosynthetic organisms」 
     Biochemical Society Transactions (2014) 42: (2) 543-547.

■ 2014年12月25日
   ・下記の論文をPlant Physiology誌へ公表しました。
    「Flavodiiron 2 and 4 Proteins Mediate an O2-dependent Alternative Electron
      Flow in Synechocystis sp. PCC 6803 under CO2-limited Conditions」
          Plant Physiol. 2014; doi:10.1104/pp.114.249987
     本論文では、光合成が抑制されるCO2枯渇状態で、新たな電子伝達活性が誘導
    される評価系を確立し、その分子メカニズムを明らかにしています。このメカニズム
    には、ランソウ(シアノバクテリア)内でも種間差があることを見出し、電子伝達系の
    多様性を明らかにしました。

■ 2014年12月9日
   ・下記の論文を公表しました。
    「Respiration accumulates Calvin cycle intermediates for the rapid start of
     photosynthesis inSynechocystis sp. PCC 6803」
    Biosci. Biotech. Biochem. 78,  1997-2007 (2014)
      本論文では、ランソウでの光合成と呼吸の関係を調べています。原核藻類であるラ
      ンソウでは、光合成と呼吸が同じ細胞質で進行しています。グリコーゲン分解酵素
      を欠損させることで、ランソウの呼吸を抑制することに成功しました。その結果、以
      下の特徴を見出しました。
      @ 光合成の誘導が遅延する。
      A その原因が、呼吸によるカルビン・サイクル中間体の供給不足でした。これは、
         呼吸と光合成が相互作用している明確の証拠となるとともに、呼吸の役割とし
                 て認識されました。
            B また、光化学系 I (PSI) 循環的電子伝達反応(CEF-I)の速度定数を見積もる
                  ことに成功しました。その結果、 CEF-I は、光合成リニアー電子伝達活性と比
                  較して、非常に遅いことが判明し、光合成にとって無視できることを見出しまし
                  た。

■ 2014年10月7日
   ・新しく、学生(3回生)さんが配属されました。

■ 2014年6月9日
   ・嶋川銀河くんが、日本光合成学会年会(5月30日(金)-31日(土))にてポスター賞
    を受賞しました。演題「ランソウFlavodiiron proteinによるAlternative electron flow
    の機能解明とその活性評価」。

■ 2014年5月19日
   ・嶋川銀河くんの総説が掲載され、IMARSのHighlightsで紹介されました。International
    Maillard Reaction Society (2014) 9: (3) 5-13. 「The mechanisms of production    
        and detoxification of dicarbonyls in photosynthetic organisms」

■ 2014年5月7日
   ・学生さんによる三宅グループのホームページが出来ました。学生さんが中心となる
    情報発信です。トップに、リンク先を掲載します。
   ・神戸大学で、始めた研究など紹介されています。
   ・今、ご覧のホームページは、従来通り、つれづれなるままに記載していきます。

■ 2014年4月8日
   ・嶋川銀河くんの総説が掲載されました。Biochemical Society Transactions (2014)
        42: (2) 543-547. 「Why don't plants have diabetes? Systems for scavenging
    reactive carbonyls in photosynthetic organisms」

■ 2014年2月4日
   ・博士課程の高木大輔くんが「植物糖入病(Plant Diabetes)」のロゴを作成してくれまし
    た。トップページに掲載しております。
   ・そろそろ、植物糖尿病の仕事をまとめて記載したいと考えております。

■ 2014年1月18日
      下記の論文・総説を公表しました。
   ・The calvin cycle inevitably produces sugar-derived reactive carbonyl
        methylglyoxal during photosynthesis: a potential cause of plant diabetes.?
        Plant Cell Physiology 55, online (2014)
       本論文では、生体成分(タンパク質、DNAなど)に非常に毒性をもち、ヒト糖尿病
       を誘発する原因化合物の一つメチルグリオキサール(methylglyoxal, MG)が、
       葉緑体カルビン回路が機能すると不可避的に生成することを見いだした。つまり、
       植物あるいは光合成生物が、光合成を行うと必ずMGが生成せざるを得ないと
       いうこと、そして高CO2環境で、光合成が促進するとMGによる細胞障害の危険性
       が高まることを見出しました。植物でのMG生成経路を世界で初めて証明しま
       した。光合成って、危険な営みなんですよ!光エネルギーをCO2に注ぎ込んで
       有機物である糖をこしらえているので、無理からぬことかもしれません。ですので、
       MG等の糖アルデヒドを消去するシステムが機能して、初めて安全に植物が暮らし
       ていけるのかもしれません。このあたりも、明らかになりつつあります。
   ・O2-dependent large electron flow functions as electron sink, replacing the steady
    -state electron flux in photosynthesis in the cyanobacterium Synechocystis sp.
    PCC 6803, but not in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7942.
    Biosci. Biotech. Biochem. 78,  in press (2014)
       本論文では、ランソウ等の藻類での新規な光合成評価系を確立しました。そし
       て、この系を用いて、興味ある生理現象に出会うことができました。S. 7942と
       異なり、S. 6803はCO2不足の光合成が抑制される条件下でも光合成電子伝達
       反応が機能している。これにより、S. 6803の光合成電子伝達系の過還元が抑制
       されている。私たちは、この電子伝達反応をAEFと呼んでいます。現在、この分子
       メカニズムの解明を試みているところです。AEFの、ラン藻種多様性があるのは驚
       きです。
   ・植物は、なぜ糖尿病を患わないのか?植物の光合成との戦い:見えてきた、
    活性カルボニル化合物の植物特有の性質と解毒システム、その進化。
    化学と生物 51, 821-830. (2013).

■ 2013年10月28日
   久しぶりの更新です。またまた、気づいたらほぼ一年過ぎてました。このような状況を打
   破すべく、ホームページの新規制作をお願いしているところです。できるだけ、簡素にと
   思っている次第です。以下、公表した仕事です。あと、いくつか公表予定です。

   ・Acrolein, an unsaturated carbonyls, inhibits both growth and PSII activity in the
    cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. Biosci. Biotech. Biochem. 77: 1655
    -1660. 2013
   ・Functional analysis of the AKR4C subfamily of Arabidopsis thaliana. Model
    structures, substrate specificity, acrolein toxicity, and responses to light and
    [CO2]. Biosci. Biotech. Biochem. (online: http://dx.doi.org/10.1271/bbb.130353)
    2013
   ・Scavenging Systems for Reactive Carbonyls in the Cyanobacterium
    Synechocystis sp. PCC 6803. Biosci. Biotech. Biochem. (online) 2013.
         本論文では、高等植物葉緑体の祖先であるランソウを用いて、糖アルデヒド・
         脂質アルデヒドの解毒に関わる酵素群を明らかにしました。光合成をして、糖
         を細胞内にため込まなければならない光合成生物は、アルデヒド解毒システ
         ムをもっていなければなりません。今回の成果は、葉緑体の祖先が、すでにそ
         の解毒システムをもち、安全な光合成機能を動かすことができていたことを明
         らかにしました。このおかげで、高等植物への光合成進化が保証されたものと
         考えております。 

   7月、斎藤亮太くんは、植物活性酸素会議(ポーランド・ワルシャワ)で、オーラルプレゼン
   に選ばれました。「植物糖尿病」の仕事です。
   
   8月、光合成学会(アメリカ・セントルイス)に学生さんと参加してきました。
   
   11月、嶋川銀河くんが、イギリスで開催される「グリオキサラーゼ会議」でオーラルプレゼ
   ンにセレクションされました。本家、Diabetes会議です。生理・生化学・分子生物学な
   ど、内容が楽しみです。

   「植物糖尿病」の仕事を、近いうちに整理し、ホームページに載せたいと思っております。


■ 2012年12月21日
   ・イネ光合成誘導にO2が不可欠であること、そしてその分子メカニズムを考察した論文
    がSoil Science & Plant Nutritionに掲載されました。
    ”O2-enhanced induction of photosynthesis in rice leaves: the Mehler-ascorbate
         peroxidase (MAP) pathway drives cyclic electron flow within PSII and cyclic
         electron flow around PSI”
         イネ生葉で光合成を解析すると、光合成が開始するまでに時間(光合成誘導期)を
     要します。この間、葉緑体内では、カルビン回路酵素の活性化が生じていると考えら
     れます。私たちは、光合成誘導がスムーズに進むためには、大気中のO2が不可欠
     であることを見出しました。現在、この光合成誘導期におけるO2の役割、その分子メ
     カニズムに関しては、明らかにされていません。今後の課題です。

■ 2012年10月15日
   ・気づいたら1年間、何も記載せず過ぎてました。
     ・新しく3回生5名が一緒に仕事をすることになりました。

   ・M2高木君の論文が、Soil Science & Plant Nutritionに掲載されました。
   ”O2 supports 3-phosphoglycerate-dependent O2 evolution in chloroplasts from
       spinach leaves”
      この論文では、光合成におけるO2の役割を検証しております。明反応と暗反応がカップ
      ルして光合成は進行するわけですが、両反応を仲介するのがATPとNADPHです。今
      回、NADPHに対するATPの要求度が最も少ない1であるときでさえ、これらの反応がカッ
      プルできないこと、つまりATP不足に陥ることを見出しました。今回、この不足をO2に依
     存した電子伝達反応(Mehler-Ascorbate Peroxidase (MAP) Pathway, The Water-
     Water Cycle (WWC))が補うことを明らかにすることができました。これらの結果は、高等
     植物生葉で十分に予想される結果であり、実際にイネ生葉の光合成において、O2に依
     存した電子伝達反応が機能しないと、光合成が開始しないことを、次の論文で示しており
      ます。

■ 2011年10月12日
     ・学生さんの学会発表、近いうちに記載します。
   ・新しく3回生4名がグループに加わりました。活躍を期待してます。

■ 2011年5月9日
   Plant, Cell & Environmentに下記の論文が公表されました (Online)
   "Methylglyoxal functions as Hill oxidant and stimulates the photoreduction of O2
       at the photosystem I: A symptom of plant diabetes"
   博士課程2回生・斎藤亮太氏の第一報です。本論文では、光合成・呼吸での糖代謝
      において不可避的に生成するアルドケト化合物(Methylglyoxal, MG)の葉緑体内代謝を
      世界で初めて明らかにすることができました。葉緑体が、MGを無毒化する酵素
   AldoketoReductase (AKR)をもつことを明らかにし、MG代謝メカニズムを解明できたと当
   初考えたのですが、植物が光合成をおこなう光照射下ではMGがチラコイド膜と非常に大
   きな速度で相互作用し、活性酸素であるスーパーオキシドラジカルを生成することがそ
     の後の研究で明らかになりました。つまり、光合成糖代謝で生成するMGはAKRによる無
   毒化を受けることなく、酸化ストレスを増強する姿が見えてきました。MGを代表とするア 
   ルドケト化合物は、ヒトにおいては糖尿病における毒性化合物であり、DNA、脂質、タンパ
   ク質を修飾し、それらの機能を損ないます。一方、植物は光合成により自らの細胞内に
   高濃度の糖を蓄積します。したがって、糖代謝での毒性化合物に対する備えがなけれ 
   ば生存できません。私たちは、本論文において、植物の糖尿病("plant diabetes")という
   コンセプトをはじめて提唱することができました。これまでの私たちの研究テーマ、植物の
     日射病("plant sunstroke")と合わせて、今後、植物の二大疾病の全容解明のための研
   究を行っていく予定です。

■ 2011年3月29日

   更新しました。
   (1) 学生さん2人が卒業しました。
   (2) 日本土壌肥料学会誌(Soil Science & Plant Nutrition)に下記の論文が公表されま
            した (Online)。
           "Cyclic electron flow around PSI functions in the photoinhibited rice leaves"
      本論文では、光障害を被った生葉でCEF-PSIが機能していること、そしてその活性
      発現メカニズムについて議論しております。

■ 2010年11月11日
    日本植物生理学会(JSPP)誌Plant Cell Physiology (PCP)に、Reviewを執筆する機会
   を与えていただきました(Online Journalをご参照ください)。そこでは、The Water-Water
   Cycle (WWC)を浅田浩二先生が確立された歴史を紐解き、現在、世界で提唱されて
   いる生理的役割などを紹介しております。私も、少しばかり、そのお仕事に関わることがで
   きたことを光栄に思っております。
       WWCは、メカニズムがやっと認識されたにすぎず、その生理的役割は多くの謎を含ん
     でおります。酸素と光合成の問題は、興味が尽きません。
       また、WWCと並んで、その生理機能そして分子メカニズムが明らかでない光化学系循
   環的電子伝達反応(Cyclic electron flow arouond PSI, CEF-PSI)についても、記述させ
   ていただきました。私は、これまで、主に、CEF-PSI活性の検出を通してCEF-PSIの生理
   機能に迫ってきました(この内容は、徒然に、研究紹介の項で紹介したいと考えておりま
   す)。光合成でCO2固定が進行している生葉において、その活性を検出すると、多くの電
   子伝達反応が葉緑体の中で進行していることを実感でき、それぞれの役割に思いをは
   せます。
    私のこれからの研究課題の一つは、葉緑体電子伝達反応の全容把握、そのネットワー
   ク制御と考えております。最近の自分の研究において、WWCとCEF-PSIが切っても切れ
   ない関係にあるらしいということが分かってきました。お互いが仲良しみたいですね。片
   方が欠けると、他方が困るのかもしれません。この辺りは、また、徒然に、紹介することに
   します。

■ 2010年10月13日

   新しく学生さん(3回生)2人がグループに加わりました。
■ 

■ 2010年10月2日

         ホームページを新規スタイルへ移しました。

■ 2010年9月19日 (立ち上げからこの間、多くをアップしました)

         神戸大学での研究内容をアップしました。

■ 2008年9月1日

         ”三宅親弘”個人のホームページを立ち上げました。