光受容体と植物の光反応

種子が発芽すると、根は土壌の中を 伸び進み、シュートは 日光に向かって伸びます。植物は成長を調整して、日光の 吸収を最大化しています。植物はどのように光の向きや 強さを感知しているのでしょうか？光受容体と呼ばれる 感光性の受容器が 植物の光に対する 応答を調節しています。光受容体には 発色団と呼ばれる 光吸収色素を持つ タンパク質が含まれています。植物は複数の系統や 変異型の光受容体を 持つ場合もあります。これらの光受容体を 合わせると、光スペクトルの 紫外線から 赤外線の範囲の 光の波長に応答する ことができます。特定の光受容体に 含まれる発色団は それぞれ決まった波長の 光を吸収して 受容体の構造を 変化させます。活性化した受容体は 植物細胞内にシグナル 伝達カスケードを発生させます。この作用によって、植物の成長や 形態形成に関与する遺伝子の 発現が促されます。例えば、植物はフィトクロムという 光受容体を使って 日陰に応答し、成長を 調節しています。フィトクロムには2つの 異なる形態があります。生理的に不活性型のPrと 活性型のPfrです。Prは赤色光を吸収して 活性型のPfrに 素早く変形します。Pfrは遠赤色光を 吸収して不活性型の Prに戻ります。日中はPrとPrfの 変換が連続して起き、動的平衡に 達します。背の高い植物は 光スペクトラムから 赤色光を取り除くため、下に生育する植物には 日光よりもより多くの 遠赤色光が届きます。フィトクロムの システムによって 植物は赤色光と遠赤 色光の比率を感知し、成長を調節します。PfrとPrの平衡がくずれて Prの量が多くなると、植物は光を求めて 上に伸びます。Pfrの量が多くなると、分枝して横に成長します。フィトクロムシステムの このような仕組みによって、植物は陰を避け、光に向かって 成長することができるのです。