Improvement of photosynthesis by functional optimization of RuBisCO

• Project/Area Number: 17H03964
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Ashida Hiroki 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 准教授 (50362851)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
• Keywords: 光合成 / CO2固定 / ルビスコ / シアノバクテリア / アーキア / 植物 / ルビスコアクチベース

Outline of Final Research Achievements

We found that the small subunit of Ribulose 1,5-bisphospate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) is involved in the determination of CO2/O2 relative specificity in cyanobacterial RuBisCOs. Enzymatic analysis of metanogenic archaeal RuBisCO revealed that this enzyme showed the most lowest CO2/O2 relative specificity among RuBisCOs. We identified RuBisCO activase which catalyzes the activation of this enzyme in cyanobacteria.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

食糧生産やバイオ燃料・バイオプラスチック生産のために、植物や藻類が行っている大気CO2から有用物質を生産する光合成機能の改良が期待されている。光合成機能改良には、CO2固定を行う酵素ルビスコの機能改良が必須である。本研究では、ルビスコのCO2反応性を向上させるための構造とこの酵素の活性化を促進するタンパク質の同定に成功した。今後、ここで得られた成果を応用し、ルビスコの機能改良を行うことで、植物や藻類の光合成機能向上が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Revisiting the methionine salvage pathway and its paralogues (2019)
  • Author(s): Sekowska Agnieszka、Ashida Hiroki、Danchin Antoine
  • Journal Title: Microbial Biotechnology Volume: 12 Pages: 77-97
  • NAID: 120006549196
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reaction of ribulose biphosphate carboxylase/oxygenase assembled on a DNA scaffold (2019)
  • Author(s): Dinh Huyen、Nakata Eiji、Lin Peng、Saimura Masayuki、Ashida Hiroki、Morii Takashi
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Volume: 27 Pages: 115120-115120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Learning RuBisCO’s birth and subsequent environmental adaptation. (2019)
  • Author(s): Hiroki Ashida, Eiichi Mizohata, Akiho Yokota
  • Journal Title: Biochemical Society transactions Volume: 47 Issue: 1 Pages: 179-185
  • DOI: 10.1042/bst20180449
  • NAID: 120006599212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] メタン生成アーキアにおけるRuBisCOを利用した新規CO2固定経路 (2017)
  • Author(s): 蘆田弘樹
  • Journal Title: 酵素工学ニュース Volume: 78 Pages: 14-18
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RuBisCO経路を利用した組換え大腸菌によるポリヒドロキシアルカン酸の合成と RuBisCO評価系への応用 (2021)
  • Author(s): 藤原 悠暉、齋藤 樹理、永田 暁洋、大潟 祥梧、二宮 太樹、谷口 遼、松本 直己、堀 千明、大井 俊彦、蘆田 弘樹、松本 謙一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会2021年度大会
• [Presentation] 好熱性と常温性シアノバクテリアRuBisCOの構造活性相関研究 (2020)
  • Author(s): 河野飛鳥、磯野香奈子、合田初奈、林美彩希、蘆田弘樹
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] CO2固定酵素RuBisCOの多様な機能進化 (2018)
  • Author(s): 蘆田弘樹
  • Organizer: 第4回光合成細菌ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 非光合成生物におけるCO2固定酵素RuBisCOホモログの機能 (2018)
  • Author(s): 蘆田弘樹
  • Organizer: 第１２回日本ゲノム微生物学会年会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 常温性と好熱性シアノバクテリア間のサブユニットスワップ型 RuBisCO の解析 (2018)
  • Author(s): 磯野香奈子、蘆田弘樹
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] 光合成CO2固定酵素RuBisCOの機能進化解析と光合成機能改良への応用 (2017)
  • Author(s): 蘆田弘樹
  • Organizer: 第７回合成生物工学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 光合成生物の枠を超えたCO2固定酵素RuBisCOの機能進化 (2017)
  • Author(s): 蘆田弘樹
  • Organizer: 新光合成＆光合成若手の会ジョイント若手ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 好熱性・常温生シアノバクテリアRuBisCOのCO2識別能力にスモールサブユニットが関与する (2017)
  • Author(s): 磯野香奈子、合田初奈、河野卓成、蘆田弘樹
  • Organizer: 新光合成＆光合成若手の会ジョイント若手ワークショップ
• [Presentation] 光合成機能の改良と応用 (2017)
  • Author(s): 蘆田弘樹
  • Organizer: 第４３回バイオマスイノベーション研究会
  • Invited