生命科学部の松村浩由教授、神戸大学大学院農学研究科の深山浩准教授らの研究グループは、植物の光合成CO2固定反応を担う酵素Rubisco*1の触媒活性を大幅に増加させることに成功しました。また、タンパク質の構造解析からRubiscoの触媒活性を決定するメカニズムを提案しました。今後、農作物の光合成能力の改良による収量増加につながることが期待されます。
この研究成果は、8月31日(現地時間)に、国際学術誌Molecular Plantに掲載されました。

 植物の成長速度を決める光合成は、CO2を有機物に変換する反応を触媒する酵素Rubiscoの活性が低いことが制限要因となっています。Rubiscoは大サブユニット(RbcL)と小サブユニット(RbcS)の2種類のタンパク質でできており、RbcSが触媒速度の重要な決定因子です。
 今回の研究では、イネRbcLとソルガム(モロコシ)RbcSのハイブリッドRubiscoはイネのRubiscoの約2倍の触媒活性を示しました。これだけ大幅にRubiscoの活性を増加させることに成功したのは世界初です。
 RbcSに存在する102番目のアミノ酸がイネではイソロイシン、ソルガムではロイシンです。タンパク質の構造解析から、それらのアミノ酸の違いが触媒活性を決定している可能性を示しました。
本研究で示した光合成能力の改良法は、イネと同様にRubisco活性が低いコムギ、ダイズ、ジャガイモなど多くの作物への応用が期待できます。

*1 Rubisco
正式名はリブロースビスリン酸カルボキシラーゼ・オキシゲナーゼであり、光合成CO2固定における最初の反応を触媒する酵素です。光合成反応(カルボキシラーゼ反応)だけでなく、O2を基質としたオキシゲナーゼ反応も触媒します。触媒速度が非常に遅いために植物は多量のRubiscoを葉に蓄積しています。イネでは葉の可溶性タンパク質の半分近くがRubiscoであり、地球上で最も多量に存在するタンパク質として知られています。

【論文情報】
“ Hybrid Rubisco with complete replacement of rice Rubisco small subunits by sorghum counterparts confers C4-plant-like high catalytic activity ”

【著者】
Hiroyoshi Matsumura,1,* Keita Shiomi,2 Akito Yamamoto,2 Yuri Taketani,3 Noriyuki Kobayashi,2 Takuya Yoshizawa,1 Shun-ichi Tanaka,1 Hiroki Yoshikawa,1 Masaki Endo,4 Hiroshi Fukayama,2,*
1 立命館大学生命科学部
2 神戸大学大学院農学研究科
3 神戸大学農学部
4 農研機構
* Corresponding author

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