東京工業大學生命理工學院生命理工學系的研究生後藤美奈與增田真二副教授等人組成的研究團隊，闡明瞭即使在缺氮土壤中，也能增加植物可可再生資源植物生質的葉綠體「嚴緊反應」的代謝變化機制。
圖1:起源於内共生的葉綠體與粒線體
（A）内共生學說認爲細胞内的葉綠體與粒線體分別起源於藍藻和紫細菌被寄主細胞吞噬後的長期内共生演變。(B) 向洋蔥表皮細胞的葉綠體（洋蔥的葉綠體因不含葉綠素也被稱爲色素體）和粒線體中導入綠色螢光蛋白(GFP)後的螢光觀察影像。（供圖：東京工業大學）
氮是生成植物成長所需氨基酸不可或缺的元素。而缺氮的土壤無法充分進行代謝，因此植物需要一種適應缺氮狀態，並改變代謝的機制。透過此前的研究表明，缺氮狀態的植物内部發生的代謝變化與隨着細菌的細胞内共生產生的葉綠體有關，但一直不清楚其功能的詳細機制。
研究團隊此次發現，植物擁有綜合控制葉綠體代謝的代謝調節機制——嚴緊反應，在缺氮條件下，透過等比縮小葉綠體抑制光合作用活性，可以減量蛋白質的分解和合成，最適化特定的氨基酸量。
圖2:擬南芥嚴緊反應強化突變體的表現型
播種後第14天將各植株移至不同氮濃度的條件下並培養10天后的表現型(A)與鮮重(B) （供圖：東京工業大學）
此次，研究團隊利用強化了嚴緊反應功能的模式植物（嚴緊反應強化植物），在不同的氮濃度條件下進行培養，並調查了其代謝變化。由此發現，在低氮濃度條件下，嚴緊反應強化植物的重量（與植物生質有關）高於野生型植物。調查代謝物的豐度發現，隨着氮濃度降低，野生型植物中的游離氨基酸量增加，而嚴緊反應強化植物中的游離氨基酸量則隨着氮濃度降低而減量。研究團隊認爲，這表明野生型植物的氮需求比嚴緊反應強化植物高。
嚴緊反應強化植物的葉綠體比較小，而且與野生型植物相比抑制了光合作用活性。這表明，透過強化嚴緊反應減量了葉綠體的代謝活動，改良成了只需少量氮即可維持代謝的機制。
以上結果表明，透過人爲強化嚴緊反應，可以減量葉綠體的代謝，改善低氮濃度條件下的植物成長。
增田副教授表示：「今後將調查氨基酸量變化的終極因數，明確葉綠體代謝影響個體成長的生物化學背景。另外，還打算建立能在任何時間、以任意強度誘導嚴緊反應因子合成的系統，並在不同的氮濃度條件下開發能獲得最多植物生質的技術。」
【詞注】
嚴緊反應：細菌中普遍存在的環境反應機制。透過鳥苷四磷酸的合成和分解調節基因表達和代謝相關酶的活性。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
