藻類のでんぷん、光合成の効率維持にも貢献 京大が発見

　植物の養分であるでんぷんが、藻類では葉緑体における光合成の効率を保つ重要な役割も果たしていることを発見した、と京都大学の研究グループが発表した。明らかになった仕組みを応用することで、作物の生産性向上につながる期待があるという。

　植物は太陽光のエネルギーを利用して二酸化炭素（CO₂）を取り入れ、ブドウ糖を経てでんぷんなどの炭水化物を作る。ただし水中ではCO₂の多くは水と反応し、重炭酸イオンとして存在する。そのため多くの藻類は重炭酸イオンを取り込んだ上で、「炭酸脱水酵素」を使ってCO₂に変換している。多くの藻類の葉緑体の中に、このCO₂を固定するための別の酵素が集まった器官「ピレノイド」があり、これを光合成でできたでんぷんが取り囲んだ構造「でんぷん鞘（しょう）」がある。

　ピレノイドに固定できず漏れ出たCO₂は、炭酸脱水酵素がピレノイドの周囲に移動して重炭酸イオンに変換することで、再びピレノイドに取り込まれるリサイクルが起きている。ただ、このように炭酸脱水酵素が移動する仕組みや、でんぷん鞘の役割は分かっていなかった。

　そこで京都大学大学院生命科学研究科博士課程学生の豊川知華さん、山野隆志講師、福澤秀哉教授の研究グループは、単細胞の緑藻クラミドモナスの、でんぷん鞘を作れない変異株を詳しく分析した。

　その結果から、でんぷん鞘はCO₂がピレノイドから漏れ出すのを防ぐ障壁になっていることや、炭酸脱水酵素を自身の周囲に引き寄せる働きを持つことが分かった。変異株ではCO₂の漏れ出しを防げず、しかも炭酸脱水酵素が葉緑体の異常な場所に集まってしまいCO₂をリサイクルする機能が一部失われて、生育が遅れたとみられる。

　気候変動による将来の食糧不足が指摘される中、藻類がCO₂を集める仕組みを陸上の作物に利用する研究が進んでいる。イネやコムギなどの細胞内でピレノイドを合成し、光合成の能力を上げて生産性を高めようとするものだ。今回の成果は作物の細胞内でピレノイドの合成のみならず、でんぷん鞘の形成や炭酸脱水酵素の正しい配置も重要になることを示した。

　福澤教授は「微細な藻類の生存に必須であるCO₂を集める仕組みを解き明かし、利用することで、作物の光合成による生産性を向上する。この夢を近い将来に実現したい」と述べている。

　この成果は米国の植物生理学専門誌「プラントフィジオロジー」の電子版に4月6日に公開され、京都大学が5月26日に発表した。