センターの活動報告 / 共同研究 C4 光合成の酵素遺伝子を導入した C3 植物における光合成代謝の修飾の程度の 13 12 C/ C 比の測定による検討食料やバイオマスの増産のために、C3植物にC4光合成回路の一部を導入したタバコやト 13 マトを作成した。これらの光合成的炭素代謝が少しでも"C4化"できたかどうかをδ Cの測定によって調べている。泉井桂（近畿大学・客員教授）研究組織：泉井桂、西村隆秀、高木祐子、秋田求（近畿大）・陀安一郎（生態学研究センター） ●はじめにトウモロコシなどのC4植物は大気中のCO2 を捕集して濃縮するための特別の回路（C4回路）をもち、C3植物に比べて光合成能力が 1.5～2倍高い。有用なC3植物にC4光合成の特性を付与して生産性を高めことを目指して、図1.　C4光合成経路に類似した回路をC3植物の葉肉細胞に導入する試み本研究は、図１に示すような２つの新規な戦略を試みるものである。戦略① 改良型PEPC（ホスホエノールピルビン戦略② 改良型PEPCを細胞質で発現。OAAと酸カルボキシラーゼ）（JXB(2008)59： PEPのトランスポーターの遺伝子も導入 1811）とPCK（ホスホエノールピルビンし、最小のC4回路（C4ミニサイクル）を酸カルボキシキナーゼ）を葉緑体（ミド構築してCO2 を葉緑体に輸送して濃縮。リ色で示す）で発現。PEPとOAA（オキサロ酢酸）の相互転換でサイクルが形成されHCO 3- を効率よくCO 2 に変換して葉緑体ストロマ内のCO2濃度を高める。 ●材料と方法 ●結果と考察われわれはすでに戦略①のタバコを作成 ★戦略①による改変タバコについてし、戦略②のトマトを完成しつつある。作成した遺伝子組換え植物が期待どおりC4光合成の特性を獲得したかどうかを検証する手段として、本共同研究では、植物による炭素同位体の識別能の変化を指標とする。δ 13CはC3 植物では–25～–35‰、C4植物では–10～–17 ‰と大きく異なるので、C4化の程度の指標となると考えられる。乾燥後粉砕した植物体（葉）を試料として、生態学研究センターの安定同位体比質量分析計により分析した。残念ながら組換え体I3株の成長速度は、野生型株（WT）より顕著に大きくなる傾向はみられなかった。図２に示すように、光合成速度は、高濃度のCO 2 では、WTは飽和したが、I3では増加を続けWTより大きくなった。 CO2 の補償点がWTより低くなる傾向は認められなかった。また、水の蒸散速度はすべての CO2 濃度において、I3はWTより著しく低く、したがって、水利用効率（WUE）はI3では著しく改善されていた（データ略）。これはこの代謝系の導入により、CO 2 の固定能が高まった結果、気孔の開度を下げて蒸散を減らしても必要な光合成を確保できたためではないかと推測された。実際、大気中のCO2 環境（組換え体用温室内では約460 ppm）で生育させたとき、WT という値がえられ、わずかながら有意にC4化傾向を示した。CO 2 ボンベを用いて高CO 2 環境(約700–900 ppm)下での生育時にはWTとI3 株のδ13Cはそれぞれ、–47.3‰と–46.7‰となりボンベのCO2 の δ13Cを測定しておく必要性が示唆された。また、WUEが改良されたので、乾燥耐性も高くなっている可能性を調べた。種々の水ストレス（PEG4000やNaCl）においたところ、 I3はWTよりも高い乾燥耐性を示した。この時のδ13Cを測定したが、閉じた試験管や水耕栽培などCO 2環境が測定値に大きな影響を与えることが判明し、さらに実験系を改善しなければならない。今後、低濃度CO 2 環境で生育させたときの成長とδ 13CをWTとI3で比較してみたい。 ★戦略②による改変トマトについて紙数の関係で省略。ではδ13Cが–27.9‰、組換え体I3では–27.0‰ いずいかつら近畿大学先端技術総合研究所・客員教授京都大学名教授図2. 組換え体タバコI3株の光合成速度のCO2 濃度依存性 8 専門分野●分子代謝制御学植物生理学