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実用藻類ツノケイソウにおける光合成能と有用物質生産能の統合的強化

Research Project

Project/Area Number 22KJ2017
Project/Area Number (Other) 22J23453 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

熊沢 穣  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords光合成 / 集光タンパク質 / 珪藻 / 微細藻類 / 環境応答 / 物質生産
Outline of Research at the Start

地球環境再生に資する資源循環の実現に向けて、微細藻類などの光合成生物による化石資源に依存しない物質生産が注目されている。一方で、野生株の微細藻類を利用した物質生産は未だ高コストであり、必ずしも産業的に重要な物質を生産しない課題もある。本研究では、実用藻類ツノケイソウを対象に、光合成の最適化と異種発現による物質生産を合成生物学的手法で統合し、物質生産能の量的・質的向上を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、光合成の最適化と異種発現による物質生産の統合を目指すものである。具体的には実用珪藻ツノケイソウにおいて、集光性色素タンパク質(LHC及びFCP, Fucoxanthin Chlorophyll a/c - binding Protein)の中から余剰なものを推定して除去し、かつ、テルペノイド生合成酵素の異種発現を試みる。本研究は前者に注目し本年度まで進めてきた。
潜在的に余剰である可能性のあるFCP分子種のうち、3つの遺伝子欠損変異体を作成することに成功し、1遺伝子について、野生株と比較して向上した光合成能力を有することを認めた。この変異体は、強光かつ二酸化炭素添加時に光合成能力がさらに相乗的に向上することが確認され、RNA-seq解析の結果、炭酸固定に重要な二酸化炭素濃縮機構に関わる遺伝子が発現上昇していると示唆するデータを得た。さらに変異体と野生株で光合成特性に関して強光培養時の適応と時間分解蛍光による複合体内の励起エネルギー移動を比較することで、珪藻における光防御のメカニズムの一部を明らかにした。加えて、昨年度検討したClear Native (CN)-PAGEの条件を利用することで、特定のFCPの局在を明らかにすることに成功した。
さらにこれまで本研究を通じて明らかにしてきたLHCの分子系統解析を発展させ、珪藻の起源となった紅藻で、光化学系Iに結合するLHC (LHCI) のアセンブリの進化的過程を明らかにした。さらにこの内容を一般化し、紅藻及びクリプト藻で、LHCIの進化的過程を詳細に明らかにすることに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実用珪藻ツノケイソウにおけて、ゲノム編集によって作成したFCP変異体のなかに光合成能力が向上するものを特定し、その光合成特性を異なる光強度と二酸化炭素濃度条件下で調べ、特徴づけた。また、昨年度確立したCN-PAGEを利用してそのFCPの局在を明らかにし、分光的解析と合わせることで、分子機能の考察を深めた。

Strategy for Future Research Activity

1) 得られていない集光性色素タンパク質遺伝子欠損変異体を引き続き作成・評価する。
2) 引き続き葉緑体形質転換を試みる。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Open Access: 4 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Unraveling the Evolutionary Trajectory of LHCI in Red-Lineage Algae: Conservation, Diversification, and Neolocalization2024

    • Author(s)
      Kumazawa Minoru、Ifuku Kentaro
    • Journal Title

      BioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2024.03.16.585336

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] The structure of PSI-LHCI from <i>Cyanidium caldarium</i> provides evolutionary insights into conservation and diversity of red-lineage LHCs2024

    • Author(s)
      Kato Koji、Hamaguchi Tasuku、Kumazawa Minoru、Nakajima Yoshiki、Ifuku Kentaro、Hirooka Shunsuke、Hirose Yuu、Miyagishima Shin-ya、Suzuki Takehiro、Kawakami Keisuke、Dohmae Naoshi、Yonekura Koji、Shen Jian-Ren、Nagao Ryo
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 121 Issue: 11 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1073/pnas.2319658121

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      2023 Research-status Report
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  • [Journal Article] Structure of PSI-LHCI from<i>Cyanidium caldarium</i>provides evolutionary insights into conservation and diversity of red-lineage LHCs2023

    • Author(s)
      Kato Koji、Hamaguchi Tasuku、Kumazawa Minoru、Nakajima Yoshiki、Ifuku Kentaro、Hirooka Shunsuke、Hirose Yuu、Miyagishima Shin-ya、Suzuki Takehiro、Kawakami Keisuke、Dohmae Naoshi、Yonekura Koji、Shen Jian-Ren、Nagao Ryo
    • Journal Title

      BioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2023.10.25.563911

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      2023 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Structural basis for different types of hetero-tetrameric light-harvesting complexes in a diatom PSII-FCPII supercomplex2022

    • Author(s)
      Nagao Ryo、Kato Koji、Kumazawa Minoru、Ifuku Kentaro、Yokono Makio、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Akita Fusamichi、Akimoto Seiji、Miyazaki Naoyuki、Shen Jian-Ren
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1764-1764

    • DOI

      10.1038/s41467-022-29294-5

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      Jian Xing, Minoru Kumazawa, Shoko Tsuji, Noriko Ishikawa, Kentaro Ifuku
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      ユーグレナ研究会 第38回研究集会
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      Jian Xing, Minoru Kumazawa, Shoko Tsuji, Noriko Ishikawa, Kentaro Ifuku
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      Jian Xing, Minoru Kumazawa, Shoko Tsuji, Noriko Ishikawa, Kentaro Ifuku
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      第19回植物縦横無尽の会
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  • [Presentation] Photosynthetic physiological properties of truncated PSI-FCPI supercomplex from marine diatom Chaetoceros gracilis2023

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      Jian Xing, Minoru Kumazawa, Shoko Tsuji, Noriko Ishikawa, Kentaro Ifuku
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      第23回日本光生物学協会年会
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  • [Presentation] Photosynthetic properties of the lhcx1 knock-out mutant of the centric diatom Chaetoceros gracilis lacking energy-dependent NPQ2023

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      Minoru Kumazawa, Noriko Ishikawa, Shoko Tsuji, Natsuko Inoue, Kashino, Yasuhiro Kashino, Kentaro Ifuku
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      The Molecular Life of Diatoms 7
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  • [Presentation] Exploring physiological relevance and regulation of PSI-FCPI supercomplex in Chaetoceros gracilis2023

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      Jian Xing, Minoru Kumazawa, Noriko Ishikawa, Shoko Tsuji, Kentaro Ifuku
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  • [Presentation] 海洋性ツノケイソウの赤色光培養で蓄積する集光性色素タンパク質FCPの機能解析2023

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      中村 翠, 熊沢 穣, 長尾 遼, 石川 規子, 伊福 健太郎
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      第13回 日本光合成学会年会
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  • [Presentation] ツノケイソウにおける亜リン酸を用いた生物学的封じ込め技術の検討2023

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      田島 菜桜, 熊沢 穣, 辻 祥子, 渡辺 智, 黒田 章夫, 廣田 隆一, 伊福 健太郎
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      第13回 日本光合成学会年会
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  • [Presentation] ツノケイソウLhcx1遺伝子のゲノム編集を利用した機能破壊と表現型解析2023

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      熊沢 穣、石川 規子、辻 祥子、井上(菓子野)名津子、菓子野 康浩、伊福 健太郎
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      中村 翠、熊沢 穣、長尾 遼、石川 規子、沈 建仁、伊福 健太郎
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      第64回 日本植物生理学会年会
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      熊沢 穣、石川 規子、辻 祥子、井上(菓子野)名津子、菓子野 康浩、伊福 健太郎
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      Minoru Kumazawa, Hiroyo Nishide, Ryo Nagao, Natsuko Inoue-Kashino, Ikuo Uchiyama, Yasuhiro Kashino, Jian-Ren Shen, Takeshi Nakano, Kentaro Ifuku
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      Minoru Kumazawa, Hiroyo Nishide, Ryo Nagao, Natsuko Inoue-Kashino, Ikuo Uchiyama, Yasuhiro Kashino, Jian-Ren Shen, Takeshi Nakano, Kentaro Ifuku
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      9th JSBBA KANSAI Student Forum
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Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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