Analysis of diverse structural changes in the phycobilisome during chromatic acclimation
| Project/Area Number |
19K06707
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
Hirose Yuu 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30616230)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | シアノバクテリア / 光合成 / フィトクロム / シアノバクテリオクロム / フィコビリソーム / ビリン / 光受容体 / 補色順化 / 光食順化 / ゲノム |
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| Outline of Research at the Start |
シアノバクテリアは酸素発生型の光合成を行う原核生物であり、光化学系反応中心に光エネルギーを供給するアンテナとしてフィコビリソームを持つ。本研究は、緑・赤色光によるフィコビリソームの構造制御（補色順化）の多様性を、単離フィコビリソームの分光および構造解析によって検証する。さらに、得られた結果に基づき、フィコビリソームの構造変化をゲノム情報から高精度に予測するパイプラインを構築する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Cyanobacteria are phototrophic bacteria that perform oxygen-evolving photosynthesis. They use photosynthetic antenna complex called phycobilisome to harvest and transfer the light energy to the photosynthetic reaction centors. Here, we investigated the diversity of the regulation of the phycobilisoms in response to green and red light, which is the process called complementary chromatic acclimation (CA) and widespread among the Cyanobacteria phylum. We established a bioinformatic pipeline to classify the CA types based on the composition of the phycobilisome genes. We classified CA types of about 500 cyanobacteria strains. We cultivated some of representative CA strains under green and red light, purified their phycobilisomes, and subjected them to RNA-Seq, electron microscopy, and LC-MS/MS analyses. We also performed X-ray crystallography, NMR, and Raman spectroscopy of the phytochrome-like photoreceptor (cyanobacteriochrome) regulating CA variants responding to green and red light.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
光色順化によって制御されるフィコビリソームの構造変化には、どれほどの多様性があるのだろうか？という問いに答えるため、多数の生物種の横断的な解析を得意とするゲノム科学と、少数の生物種の集中的な解析を得意とする生化学・生理学を統合したアプローチによって解析に取り組んだ。緑・赤色光に応答したフィコビリソームの構造変化は、シアノバクテリア門において８種類の多型が存在することを明らかにした。一部の光色順化についてはフィコビリソームの構造変化を実験的に示すことに成功した。補色順化を制御する光受容体の構造解析にも成功し、フィコビリソーム構造変化の引き金となる光色感知の分子機構について新たな知見を得た。
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Report
(4 results)
Research Products
(27 results)
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[Journal Article] Genome sequencing of the NIES Cyanobacteria collection with a focus on the heterocyst-forming clade.2021
Author(s)
Yuu Hirose, Yoshiyuki Ohtsubo, Naomi Misawa, Chinatsu Yonekawa, Nobuyoshi Nagao, Yohei Shimura, Takatomo Fujisawa, Yu Kanesaki, Hiroshi Katoh, Mitsunori Katayama, Haruyo Yamaguchi, Hirofumi Yoshikawa, Masahiko Ikeuchi, Toshihiko Eki, Yasukazu Nakamura, Masanobu Kawachi
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Journal Title
DNA research
Volume: 28
Issue: 6
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Structural basis of the protochromic green/red photocycle of the chromatic acclimation sensor RcaE2021
Author(s)
Takayuki Nagae, Masashi Unno, Taiki Koizumi, Yohei Miyanoiri, Tomotsumi Fujisawa, Kento Masui, Takanari Kamo, Kei Wada, Toshihiko Eki, Yutaka Ito, Yuu Hirose, Masaki Mishima
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 118(20)
Issue: 20
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] NIESコレクションのシアノバクテリアのゲノム解析2022
Author(s)
広瀬侑, 大坪嘉行, 三澤直美, 米川千夏, 長尾信義, 志村遥平, 藤澤貴智, 兼崎友, 加藤浩, 片山光徳, 山口晴代, 吉川博文, 池内昌彦, 浴俊彦, 中村保一, 河地正伸
Organizer
第16回日本ゲノム微生物学会年会
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[Presentation] シアノバクテリアの光色順化における光受容の構造基盤2021
Author(s)
永江 峰幸, 海野 雅司, 小泉 太貴, 宮ノ入 洋平, 藤澤 知績, 増井 健人, 加茂 尊也, 和田 啓, 浴 俊彦, 伊藤 隆, 三島 正規, 広瀬 侑
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第85回日本植物学会年会
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[Presentation] 補色順化を制御するシアノバクテリオクロム光受容体RcaEの赤色光吸収型の構造解析2021
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