Phytochrome - Phytochrome

Japanese: フィトクロム - ふぃとくろむ（英語表記）phytochrome

Phytochromes are protein pigments that act as light receptors when plants respond to light (red light) stimuli. There are two types of phytochromes: Pr and Pfr. The main absorption maximum of the Pr type is around 660 nm, and that of the Pfr type is around 720 nm. Pr-type phytochromes convert to Pfr type when they absorb red light, and Pfr type reverts to Pr type when they absorb near-infrared light, and these two types can be reversibly converted to each other. In some plants, Pfr-type phytochromes can gradually revert to Pr type in the dark. The chromophore of the phytochrome molecule is a ring-opened tetrapyrrole, which is very similar to the pigment phycocyanin of blue-green algae. Phytochromes are found in all plants and are involved in various light-related morphogenesis and the regulation of various physiological functions of the body.

[Masayuki Katsumi]

History of discovery

Grand Rapids seeds, a variety of lettuce, are photogerminated seeds. In 1935, LH Flint and ED McAlister of the United States reported that red light is most effective for germination, while near-infrared light is inhibitory. In 1946, MW Parker and others of the United States discovered that red light is most effective for the light interruption effect during the dark period for flower bud induction in short-day plants such as cocklebur and soybean. Later, a research group led by HA Borthwick and SB Hendricks of the USDA research laboratory in Beltsville, Maine, USA, furthered their research on the effects of red light and found that red light and near-infrared light have reversible effects on each other (1952). For example, when the lettuce seeds mentioned above are imbibed with water in the dark and exposed to red light for a short period of time, germination is induced, but when they are exposed to near-infrared light immediately after the red light exposure, the red light effect is canceled. This reversible effect can be repeated many times. For this reason, a single pigment that has maximum absorption in red light and near infrared light was hypothesized to exist, and was called phytochrome. In 1959, American WL Butler and his colleagues succeeded in extracting phytochrome from etiolated corn seedlings.

[Masayuki Katsumi]

Action

Phytochromes are physiologically active in the Pfr form, but are easily inactivated to another form (Pfr´). It is not yet clear how the conversion of phytochromes to the Pfr form is linked to various morphogenetic functions. However, it is known that it may be accompanied by quantitative changes in plant hormones and the synthesis and activation of enzymes, and it is thought that it is probably mediated by some kind of biochemical change.

[Masayuki Katsumi]

[Reference item] | Photomorphogenesis

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

植物が光（赤色光）の刺激に反応するとき、その光の受容体となるタンパク質色素のことで、Pr型とPfr型の二つの型が存在する。Pr型はおもな吸収極大が660ナノメートル付近にあり、Pfr型は720ナノメートル付近にある。Pr型フィトクロムは赤色光を吸収するとPfr型に転換し、Pfr型は近赤外光を吸収するとPr型に戻り、この二つの型は相互に可逆的に転換できる。ある種の植物では、Pfr型のフィトクロムは暗黒中で徐々にPr型に戻ることができる。フィトクロム分子の発色団は開環したテトラピロールで、藍藻(らんそう)類の色素フィコシアニンとよく似ている。フィトクロムはすべての植物に含まれ、光に関係するさまざまな形態形成や、生体の生理的諸機能の調節にあずかっている。

［勝見允行］

発見の歴史

レタスの一品種であるグランド・ラピッズGrand Rapidsの種子は光発芽種子であるが、アメリカのフリントL. H. FlintとマカリスターE. D. McAlisterは1935年、その発芽には赤色光がもっとも有効である反面、近赤外光は逆に阻害的であることを報告した。やがて1946年になると、アメリカのパーカーM. W. Parkerらは、短日植物であるオナモミやビロキシダイズの花芽誘導暗期における光中断効果は、赤色光がもっとも有効であることを発見した。その後、アメリカ、メーン州ベルツビルにある農務省研究所のボースウィックH. A. BorthwickとヘンドリックスS. B. Hendricksの研究グループは、これらの赤色光の作用についての研究を進展させ、赤色光と近赤外光とが相互に可逆的効果をもつことをみいだした（1952）。前記のレタス種子を暗黒中で吸水させ、赤色光を短時間照射すると発芽が誘導されるが、赤色光照射直後に近赤外光を照射すると、赤色光効果は打ち消されてしまうというのもその一例である。この可逆的効果は何度も繰り返すことができる。このようなことから、赤色光および近赤外光に対して、それぞれ最大吸収をもつような相互に転換可能な一つの色素が想定され、これをフィトクロムとよんだわけである。1959年アメリカのバトラーW. L. Butlerらは、トウモロコシの黄化芽生えからフィトクロムの抽出に成功した。

［勝見允行］

作用

フィトクロムは、Pfr型が生理的に活性であるが、容易に別の型（Pfr´）に不活性化される。フィトクロムがPfr型になることが、どのようにしてさまざまな形態形成作用に結び付くのかは、まだ明らかにされていない。しかし、植物ホルモンの量的変動、酵素の合成や活性化を伴う場合のあることが知られており、おそらく、なんらかの生化学的変化を介するものと考えられている。

［勝見允行］

[参照項目] | 光形態形成

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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