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1.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 菖蒲生葉で発見された新規な光合成電子伝達反応の分子機構とその生理的役割の解明
三宅 親弘
研究期間: 2001-2002
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概要: 平成13年度、光合成速度が小さく、過剰な光エネルギーに常にさらされている菖蒲の生葉において、チラコイド膜光化学系II(PSII)内循環的電子伝達反応(CEF-PSII)が機能し、過剰な光エネルギーの安全な散逸をおこなっていることを示唆する結果を、菖蒲チラコイド膜を用いて得た。本年度は、以下に述べるように、CEF-PSIIが、葉緑体で実際に機能していることおよび過剰な光エネルギーの散逸に機能していることをチラコイド膜を用いて明らかにした。モデル葉緑体として、ホウレンソウ生葉から葉緑体を単離した。光合成電子伝達反応速度を酸素吸収速度[V(O_2)]、PSIIの電子伝達速度をクロロフィル蛍光解析により得られるPSIIの量子収率[Φ(PSII)]により評価した。CEF-PSIIの活性発現には、チラコイド膜のΔpH形成を要する。光照射下の葉緑体に、プロトノフォアを添加し、ΔpHを消失させると、V(O_2)の増大が認められるが、Φ(PSII)は減少した。これは、葉緑体でも、光合成電子伝達反応に関係しない電子が、PSII内で流れているつまりCEF-PSIIが機能していることを示す。CEF-PSIIの活性は、光強度の増大とともに増加し、過剰な光エネルギー散逸能をもつthe water-water cycleの活性に匹敵した(平成14年論文報告)。次に、CEF-PSIIの生理機能を明らかにするために、電子受容体濃度およびΔpHを調節することによりV(O_2)の値およびCEF-PSII活性を変化させ、チラコイド膜を光照射した。CEF-PSIIが機能しない条件下では、チラコイド膜の光合成電子伝達活性は速やかに失われ、これはPSIIの光失活によるものであった。つまり、CEF-PSIIが、実際に過剰な光エネルギーの散逸に機能することが明らかになった(平成15年論文報告in press)。 続きを見る
2.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 活性酸素による化学発光を利用した植物の生理状態測定法の開発 — Development of physiological status metrology of plant using chemoluminescence caused by active oxygen species
岡部 弘高 ; OKABE Hirotaka
研究期間: 2002-2003
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概要: 本研究では、様々な刺激による生理状態の変化をリアルタイムで検出するために生体が発する極微弱光に注目した。この光はバイオフォトンと呼ばれ、その多くはミトコンドリアでの呼吸作用に伴って電子伝達系から漏れ出た電子が励起する活性酸素に因る化学発光である。一方、細菌感染や強い環境ストレスが加わった場合にも、そのストレスの強さに依存してバイオフォトンが放射される。そこで、環境ストレスとして乾燥ストレス、浸透圧および植食ストレスに注目して研究を進めた。乾燥ストレスは、水による浸透圧ストレスという点では我々が以前に研究した塩ストレスと同じものであるが、バイオフォトンの応答特性は異なっていることが分かった。また、乾燥した根に再度給水すると強いバイオフォトンが放射されることが分かった。この結果によって、ストレスによって異なる植物の生理状態を識別できることが分かった。さらに、スペクトル解析した結果、波長成分の時間変化にはストレスの種類や傷害の程度によって大きく異なることが分かった。浸透圧ストレスによる発光特性を調べた結果、ストレス印可時の発光強度が強いほど、ストレス緩和後の植物の生長が悪いという結果が得られた。特に、細胞分裂が盛んな分裂帯の発光強度と生長の阻害は個体差に関わらず強い相関を示し、特定部位の測定が有効であることが示唆された。また、植物の害虫であるハダニによる植食ストレスについてもバイオフォトンの出力特性を調べた。ハダニの食害による応答には害虫に消化不良を起こさせるタンパク質を生成する直接防衛と、天敵を呼び寄せる匂いを出す間接防衛があることが知られており、これらの防衛応答はハダニの口針から注入されるエリシターによって引き起こされることが知られている。バイオフォトンでは、エリシターによって誘起されたと考えられる発光が観測され、防衛応答をリアルタイムで検出することが出来た。 続きを見る
3.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 環境ストレスによるヌクレオチドプールの恒常性破綻の分子病態と制御機構の解明
中別府 雄作
研究期間: 2010
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概要: DNAおよびRNAの前駆体であるヌクレオチドは放射線や生体内外の環境ストレスにより多様な化学修飾を受けるが、その放射線生物影響における意義は不明で、早急に解決すべき課題である。本研究では、環境ストレスによる修飾ヌクレオチドの生成が引き起こす生体障害を「ヌクレオチドプールの恒常性の破綻」としてとらえ、以下の5つのアプローチで多様な放射線生物応答の制御機構を明らかにする目的で研究を開始した。 [1] 放射線照射により生じる修飾ヌクレオチドを同定し、in vivoでの活性酸素や金属等の存在による生成への影響を解析した。 [2] 放射線照射等で生成される修飾ヌクレオチドの細胞への影響を解析することで、Bystander effectsのメディエータとして機能する可能性を検討した。 [3] 修飾ヌクレオチド分解酵素を網羅的に探索する目的で、新規修飾ヌクレオチドの調製を始めた。 [4] DNA中の修飾ヌクレオチド修復酵素を網羅的に探索する目的で、アッセイ系の確立を進めた。 [5] 神経変性の病態モデルマウスの導入を進めている。 続きを見る
4.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 環境ストレスによるヌクレオチドプールの恒常性破綻の分子病態と制御機構の解明
中別府 雄作
研究期間: 2010-2014
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概要: DNAおよびRNAの前駆体であるヌクレオチドほ放射線や生体内外の環境ストレスにより多様な化学修飾を受けるが、その放射DNAおよびRNAの前駆体であるヌクレオチドは放射線や生体内外の環境ストレスにより多様な化学修飾を受けるが、その放射線生物影響における意義は不明で、早急に解決すべき課題ある。本研究では、環境ストレスによる修飾ヌクレオチドの生成が引き起こす生体障害を「ヌクレオチドプールの恒常性の破綻」どしてとらえ、以下のアプローチで多様な放射線生物応答の制御機構を明らかにする目的で研究を進めている。 [1]in vitroでの放射線照射により生成される修飾ヌクレオチドのHPLCおよびLC-MS/MS法による分離、同定を進めるとともに、放射線照射によりin vivoで生成される修飾ヌクレオチド検出系の確立を進めている。 [2]細胞外に放出・分泌される修飾ヌクレオチドとして、ATPの酸化体(2-OH-ATP)と脱アミノ化体(ITP)に注目し、さまざまな細胞への影響の解析を進めている。 [3]dITPおよびdIDPを分解しヌクレオチドプールから排除するITPAとNUDT16のノックダウンによりヒト培養細胞の増殖が抑制されることを見出し、DNA修復酵素ENDOVとAAGの同時ノックダウンで更なる増殖抑制を認めた.一方、ミスマッチ修復酵素MLH1の欠損によりITPAあるいはNUDT16のソックダウンによる細胞増殖の抑制が解除されることを見出した。 [4]Itpaヘテロ欠損マウスとEndoVあるいはMlh1ベテロ欠損マウスの交配により二重遺伝子ホモ欠損マウスの樹立を試みたが、いずれもItpaホモ欠損マウス同様に周産期致死性を示した:Itpa/Mlh1二重欠損胚から線維芽細胞を単離し、増殖能を調べたところItpa単独欠損で見られた増殖抑制の部分回復を確認した。 [5]ミトコンドリア神経毒3ニトロプロピオン酸による線条体変性がOgg1あるいはMth1欠損で悪化し、Mutyh欠損で改善することを見出した。神経細胞のミトコンドリアDNAに蓄積した8-oxoGに複製時に誤対合したアデニンがMUTYHにより除去されることでミトコンドリアDNAの崩壊が誘導され、カルパイン依存性に神経細胞が脱落する。一方、ミクログリアの核DNAに8-oxoGが蓄積すると複製時に誤対合したアデニンがMUTYHにより除去され、核DNA中に一本鎖切断が蓄積し、PARP/AIFに依存したミクログリオーシスの増悪が認められた。 [6]2つの新規ヌクレオチドプール浄化酵素(DCTPP1, NUDT16)ヘテロ欠損マウスを樹立した。 [7]神経変性モデルの3xTG-ADおよびSOD-TGマウスにOgg1, Mutyh, Mth1遺伝子の欠損を導入している。 続きを見る
5.
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Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of サンゴ礁生態系基礎生物のストレス耐性・分布・生態系フィードバックに関する総合研究
中村 崇
研究期間: 2007-2009
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概要: 最終年度である平成21年には、石西礁湖をはじめ、沖縄本島周辺・天草周辺の3海域を中心にした野外調査を実施し、亜熱帯から温帯にかけてのサンゴ群集の種組成解析をおこなった。同じく、設置した光・水温ロガーからのデータ回収をおこない、各海域の環境特性把握をおこなった。各海域から適宜採集した海水は、分光分析法を用いて解析し、硝酸・亜硝酸・アンモニウムイオン・リン酸塩についてのデータを得ることができた。これまでのデータを総合することで、高緯度域に移るにしたがって、サンゴ種数が抑えられており、水温・光量の低下傾向と同時に、海水の溶存栄養塩に著しい増加傾向が示された。加えて、分布北限が奄美以南である、サンゴ種(コユビミドリイシ)を対象とした、計画初期からの沖縄県内での屋外長期飼育実験によって、亜熱帯域特有の通年環境変化に対するサンゴ-共生藻の生理的応答のパターンの存在と経年の変化が明らかとなった。特に、11~2月期における寒冷ストレス・弱光下での生理的傷害や成長への悪影響(生存性低下・成長停止)等について調べた結果、共生する藻類の光合成活性・サンゴ群体の成長率について、夏期の異常高水温時と同等またはそれ以上のストレスがかかっていることを示すデータが得られた。また、2009~2010年期では、2008~2009年期に比べて夏季の水温上昇が比較的弱く、夏の成長阻害が抑えられていた。さらに、冬季の海水温度が例年より高かったため、低温ストレスが抑えられていたことで、成長速度が高くなるなど、年ごとの環境影響の違いが顕著に見られた。これらの結果は、主対象とするサンゴ種が奄美以北の本州側に加入・成長できない原因を強く示唆する。そのほか、2008年に開始したハマサンゴ属における長期モニタリングにより、同サンゴ種の群体間において、季節特有の環境影響を受けやすい群体と受けにくい群体が存在することが始めて明らかとなった。これまでの蓄積データと本研究から得られた成果とを合わせて、日本ベントス学会、日本サンゴ礁学会、日本生態学会シンポジウム等で適宜発表をおこない、多分野研究者との議論を交わすことができた。 続きを見る
6.
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Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 植物生産システムにおける環境ストレスの回避と応用
日高 功太
研究期間: 2007-2008
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概要: 施設園芸における野菜の高収益生産(多収化,高付加価値化)をめざして,新規の栽培システムや栽培方法の導入による環境ストレスの回避と応用の方法論を提示し,その効果を植物の生理機能,生育,品質の観点から検証した. 1.環境ストレスの回避 栽培ベッドを吊り上げ,上下動させることで,ハウス内の空間および太陽光を立体的に活用できるダブルシーソー栽培システムをイチゴ栽培に導入し,強光および弱光ストレスの回避による多収化を検討した. 初年度では,上下2段で固定配置した栽培ベッドで,光環境,光合成測定および収量調査を実施した.その結果,上段ベッドでの強光ストレスによる極端な光合成低下と下段ベッドでの弱光ストレスによる光合成および収量の低下が確認され,慣行法の4倍の栽植密度にも関わらず,収量は2倍程度に留まった. 最終年度では,初年度の結果に基づいて,上段ベッドと下段ベッドの入替えによる強光および弱光ストレスの回避を検討した.栽培ベッドの入替えによって,上下段トータルの光合成量が増加し,3倍以上の収量を達成した. 2.環境ストレスの応用 水温を簡便かつ迅速に任意の温度で制御可能な水耕栽培システムを用いて,根域のみへの低温ストレス処理による葉菜の高付加価値化を検討した. 初年度では,植物生体計測(根の物質吸収,葉の水分状態,光合成)や内成分分析等を駆使することで,根域の低温ストレスに対する植物の防御機能(浸透圧調節機能,抗酸化機能)の発現を定量的に評価した. 最終年度では,初年度の結果に基づいて,根域への短期間の低温ストレス処理による高付加価値化を検討した.収穫直前に1週間だけ5℃の低温ストレスを付与することで,植物体にストレス防御機能が発現し,有用物質を高濃度に集積するとともに有害物質を低減した高付加価値なホウレンソウを生産できた. 以上,環境ストレスの回避と応用によって野菜の高収益生産を達成した. 続きを見る
7.
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Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 光合成電子伝達系のダイナミクス:未知のネットワークの解明 — New insight into the photosynthetic electron transport networks
鹿内 利治 ; SHIKANAI Toshiharu
研究期間: 2005-2009
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概要: 変動する環境下で光阻害を回避しつつ最大の光合成活性を維持するため、植物は様々な光合成の調節機構を有している。我々は遺伝学と生化学により、光化学系Iサイクリック電子伝達(PGR5タンパク質およびNDH複合体依存経路)、葉緑体内のレドックス制御、銅イオン欠乏に対する応答の分子基盤について、多くの遺伝子情報を得て、タンパク質の機能を明らかにし、さらに制御系の生理的機能を明らかにした。 続きを見る
8.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 農産物の高品質化と高収益生産を目指した気象資源の探索と有効利用 — Assessment and application of regional meteorological resources for sustainable and highly profitable plant production
北野 雅治 ; KITANO Masaharu
研究期間: 2008-2010
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概要: 農業と農村の振興および食の安全と環境保全の観点から、地域の多様な気象資源と植物の生理的機能を利活用して、農産物の品質向上、生産性の向上、省エネルギー、軽労化による高収益生産を可能にする生産技術として、根域の低温ストレス処理、チャの遮光・降温処理、収穫対象器官の温度処理、可動栽培ベッド、斜面日射有効利用システム、地中水パイプ蓄放熱システム等を提案し、それらの効果を生理的・工学的に検証した。 続きを見る
9.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 間欠パルス法による樹木葉のストレス耐性能力の解析
津山 孝人
研究期間: 2006-2007
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概要: 飽和光パルスの照射に対する光合成電子伝達の挙動を解析した。特に、光化学系I(系I)反応中心における初期の電子供与体P700の酸化還元状態の変化を調べた。弱光(光量子束密度60umo1 photons m^<-2>s^<-1>)の下での光合成定常状態において試料中のP700はほぼ全て還元型で存在していた。単離された系I反応中心を用いた解析からP700が還元型で存在する場合の系Iの効率(量子収率)は100%と考えられているが、本研究では飽和光パルスの照射に対してP700は全てが酸化される訳ではなく、約30%ものP700が還元型で留まることを見出した。これは、系Iの量子収率が約70%に過ぎないこと意味する。この原因は、生葉においては弱光下での定常状態において系I電子伝達は受容体律速の状態にあり、すなわち、電子受容体(NADP^+)の不足にあることが分かった。 一定時間暗所に放置した植物においては、各種光合成関連タンパク質は不活性化しており、光照射をしても連続的な電子伝達は機能しない。暗適応した葉を用いて飽和光パルスに対するP700の酸化還元状態の変化を調べたところ、P700の酸化の程度において植物種(樹木種)ごとに異なる結果が得られた。P700酸化の程度の違いは、酸素還元、系I周辺での循環的電子伝達、または系I内部での電荷再結合が原因であると思われる。 光照射下および暗所での飽和光パルス照射に対する光合成の応答(P700酸化)についての上記の基礎的知見を基に、ポプラ、クロマツ、各種シロイヌナズナ突然変異株を用いることで、樹木種(より一般的に植物種)ごとのストレス耐性の違いを判定する手法を開発した。 続きを見る
10.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 環境ストレス反応における中枢性カルシウム調節機構の意義 — Significance of central mechanism of calcium regulation in responses to environmental stresses
粟生 修司 ; AOU Shuji
研究期間: 1991-1993
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概要: 1.ストレス性低カルシウム血症の発生機序:ストレス性低カルシウム血症は胃迷走神経の活動および前庭部から分泌されるガストリンおよび胃底部から主として放出されるヒスタミンが重要な役割を果たしているが、胃酸分泌自体は関与していないことが明らかになった。 2.ストレス性低カルシウム血症における視床下部の関与:視床下部腹内側核の破壊でストレス性低カルシウム血症の発生が完全に抑えられ、室傍核や視床下部外側野の破壊は効果がなかった。 3.ストレス性低カルシウム血症、胃潰瘍および情動反応性の視床下部連関:WKYラットでは、強制水泳試験におけるimmobility時間の長い個体ほど胃潰瘍および低カルシウム血症の程度が重かった。Wistarラットはstruggling時間の長い個体ほど胃潰瘍および低カルシウム血症の程度が軽かった。Wistarラットの室傍核破壊により、胃潰瘍および低カルシウム血症が重症化し、immobility時間も延長した。視床下部腹内側核破壊では胃潰瘍、低カルシウム血症ともに軽症化し、struggling時間が延長した。ストレス時の胃病変とカルシウム代謝応答および抑うつ反応に室傍核は抑制的に、視床下部腹内側核は促進/増悪的に関与している。 4.視床下部カルシウム調節機構:電気刺激あるいはGABA_A受容体遮断薬ビキュキュリンによる化学刺激実験において、視床下部外側野および腹内側核は迷走神経胃枝を介し、また室傍核は甲状腺/副甲状腺枝を介して血液カルシウム濃度を低下させる作用があった。 5.カルシウム調節ホルモンの中枢作用:副甲状腺ホルモン(PTH)を側脳室や視床下部腹内側核に投与すると、投与後カルシウムイオンレベルが対照に比べ有意に高値を示した。また視床下部腹内側核ニューロンはPTH感受性を示した。これらの結果は、視床下部にカルシウム調節ホルモン感受性機構があることを示唆する。 続きを見る