东京工业大学生命理工学院生命理工学系的研究生后藤美奈与增田真二副教授等人组成的研究团队，阐明了即使在缺氮土壤中，也能增加植物可再生资源植物生物质的叶绿体“严紧反应”的代谢变化机制。
图1:起源于内共生的叶绿体与线粒体
（A）内共生学说认为细胞内的叶绿体与线粒体分别起源于蓝藻和紫细菌被宿主细胞吞噬后的长期内共生演变。(B) 向洋葱表皮细胞的叶绿体（洋葱的叶绿体因不含叶绿素也被称为质体）和线粒体中导入绿色荧光蛋白(GFP)后的荧光观察图像。（供图：东京工业大学）
氮是生成植物生长所需氨基酸不可或缺的元素。而缺氮的土壤无法充分进行代谢，因此植物需要一种适应缺氮状态，并改变代谢的机理。通过此前的研究表明，缺氮状态的植物内部发生的代谢变化与随着细菌的细胞内共生产生的叶绿体有关，但一直不清楚其功能的详细机理。
研究团队此次发现，植物拥有综合控制叶绿体代谢的代谢调节机制——严紧反应，在缺氮条件下，通过缩小叶绿体抑制光合作用活性，可以减少蛋白质的分解和合成，优化特定的氨基酸量。
图2:拟南芥严紧反应增强突变体的表现型
播种后第14天将各植株移至不同氮浓度的条件下并培养10天后的表现型(A)与鲜重(B) （供图：东京工业大学）
此次，研究团队利用强化了严紧反应功能的模型植物（严紧反应强化植物），在不同的氮浓度条件下进行培养，并调查了其代谢变化。由此发现，在低氮浓度条件下，严紧反应强化植物的重量（与植物生物质有关）高于野生型植物。调查代谢物的丰度发现，随着氮浓度降低，野生型植物中的游离氨基酸量增加，而严紧反应强化植物中的游离氨基酸量则随着氮浓度降低而减少。研究团队认为，这表明野生型植物的氮需求比严紧反应强化植物高。
严紧反应强化植物的叶绿体比较小，而且与野生型植物相比抑制了光合作用活性。这表明，通过强化严紧反应减少了叶绿体的代谢活动，改良成了只需少量氮即可维持代谢的机理。
以上结果表明，通过人为增强严紧反应，可以减少叶绿体的代谢，改善低氮浓度条件下的植物生长。
增田副教授表示：“今后将调查氨基酸量变化的原因，明确叶绿体代谢影响个体生长的生物化学背景。另外，还打算建立能在任何时间、以任意强度诱导严紧反应因子合成的系统，并在不同的氮浓度条件下开发能获得最多植物生物质的技术。”
【词注】
严紧反应：细菌中普遍存在的环境反应机理。通过鸟苷四磷酸的合成和分解调节基因表达和代谢相关酶的活性。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
