黎明期の光合成システムの解明

• Project Area: Hadean Bioscience
• Project/Area Number: 15H01063
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 塚谷 祐介 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (10421843)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2015: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 光合成の進化 / 光合成細菌 / 色素生合成 / バクテリオクロロフィル / 光合成 / 進化 / 色素 / 光吸収 / 色素生合成系 / 温泉微生物マット

Outline of Annual Research Achievements

昨年度サンプリングを行った鹿児島県の温泉微生物マットを集積培養したところ、新種記載が期待できる光合成細菌を単離した。この細菌は16S rRNA遺伝子の解析では既知の好気性光合成細菌と近縁であることが示されたが、嫌気的生育が可能であり、色素も通常のバクテリオクロロフィル-aとは側鎖構造が異なることが示唆された。今後はさらに詳細な生理学的分析を行うことも含め、新種記載を目指す。
富マンガン湖沼である北海道大沼でのサンプリングも行った。初期の酸素発生型光合成生物はマンガン酸化型細菌から進化したことが示唆されている。湖底付近の試料を集積培養したところ、既知種よりも16S rRNA遺伝子の相同性が低く新種と期待できる菌を得た。今後は本菌の単一株の取得と、生理学的分析を経て、新種記載を目指す。大沼はマンガン濃度の鉛直分布を示す。そこで表層から湖底にかけて2 mごとに湖水を採取してゲノムDNAを調製し、各層ごとのメタゲノム解析を行っている（共同研究）。これによって難培養性の新規細菌についても遺伝子情報からその存在を明らかにすることが期待できる。
光合成の進化過程解明の遺伝子工学的実験については、前年度までに取得していたクロロフィル発現紅色細菌の解析を進めた。複数の光化学系蛋白質を発現するためには糖脂質合成酵素だけでなくクロロフィル合成酵素も必要であることが示唆された。今後は、産生したクロロフィル分子の結合部位を特定するためにそれぞれの光化学系の精製を進めていく予定である。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Reduction Processes in Biosynthesis of Chlorophyll Molecules: Chemical Implication of Enzymatically Regio- and Stereoselective Hydrogenations in the Late Stages of Their Biosynthetic Pathway (2016)
  • Author(s): H. Tamiaki, M. Teramura, Y. Tsukatani
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. Volume: 89 Issue: 2 Pages: 161-173
  • DOI: 10.1246/bcsj.20150307
  • NAID: 130005125591
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] クロロフィル色素類の合成系の進化 (2016)
  • Author(s): 塚谷祐介
  • Journal Title: 光合成研究 Volume: 26 Pages: 192-203
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 酸素発生型光合成の成立過程とその実証方法の再考 (2016)
  • Author(s): 浅井智広, 塚谷祐介
  • Journal Title: 光合成研究 Volume: 26 Pages: 43-58
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rhodobacter sphaeroides mutants overexpressing chlorophyllide a oxidoreductase of Blastochloris viridis elucidate functions of enzymes in late bacteriochlorophyll biosynthetic pathways (2015)
  • Author(s): Y. Tsukatani, J. Harada, J. Nomata, H. Yamamoto, Y. Fujita, T. Mizoguchi, H. Tamiaki
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 9741-9741
  • DOI: 10.1038/srep09741
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Elucidation of genetic backgrounds necessary for chlorophyll a biosynthesis toward artificial creation of oxygenic photosynthesis. (2015)
  • Author(s): Tsukatani, Y., and Masuda, S.
  • Journal Title: Orig. Life Evol. Biosph. Volume: 45 Issue: 3 Pages: 367-369
  • DOI: 10.1007/s11084-015-9446-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complete genome sequence of the bacteriochlorophyll b-producing photosynthetic bacterium Blastochloris viridis. (2015)
  • Author(s): Y. Tsukatani, Y. Hirose, J. Harada, N. Misawa, K. Mori, K. Inoue, and H. Tamiaki
  • Journal Title: Genome Announcements Volume: 3 Issue: 5
  • DOI: 10.1128/genomea.01006-15
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stereochemiacl conversion of C3-vinyl group to 1-hydroxyethyl group in bacteriochlorophyll c by the hydratases BchF and BchV: adaptation of green sulfur bacteria to limited-light environments. (2015)
  • Author(s): J. Harada, M. Teramura, T. Mizoguchi, Y. Tsukatani, K. Yamamoto, and H. Tamiaki
  • Journal Title: Molecular Microbiology Volume: 98 Issue: 6 Pages: 1184-1198
  • DOI: 10.1111/mmi.13208
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] テトラピロール色素の生合成系の進化 (2016)
  • Author(s): 塚谷祐介
  • Organizer: 第18回日本進化学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 2016年8月
  • Year and Date: 2016-08-25
  • Invited
• [Presentation] クロロフィルが先かバクテリオクロロフィルが先か？～色素合成系の進化～ (2016)
  • Author(s): 塚谷祐介
  • Organizer: 第7回日本光合成学会
  • Place of Presentation: 東京理科大学 2016年5月
  • Year and Date: 2016-05-27
  • Invited
• [Presentation] Functional versatility and application of a nitrogenase-like enzyme, chlorophyllide a oxidoreductase, on bacteriochlorophyll biosynthesis. (2015)
  • Author(s): Yusuke Tsukatani, Jiro Harada, Jiro Nomata, Haruki Yamamoto, Tadashi Mizoguchi, Yuichi Fujita, and Hitoshi Tamiaki.
  • Organizer: 15th International congress on phototrophic prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Biochemical analysis of two kinds of catalytic activities of chlorophyllide a oxidoreductase from Rhodobacter capsulatus. (2015)
  • Author(s): Haruki Yamamoto, Tadashi Mizoguchi, Yusuke Tsukatani, Hitoshi Tamiaki, Genji Kurisu, and Yuichi Fujita.
  • Organizer: 15th International congress on phototrophic prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome structure of the marine purple photosynthetic bacterium Rhodovulum sulfidophilum. (2015)
  • Author(s): Shinji Masuda, Yusuke Tsukatani, Hiroshi Mori, Ken Kurokawa.
  • Organizer: 15th International congress on phototrophic prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of C8-vinyl reduction activity of BciA from Rhodobacter capsulatus. (2015)
  • Author(s): Manami Kobayashi, Chihiro Azai, Tadashi Mizoguchi, Hitoshi Tamiaki, Yusuke Tsukatani, Kazuki Terauchi.
  • Organizer: 11th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments
  • Place of Presentation: Shiga, Japan
  • Year and Date: 2015-05-29
  • Int'l Joint Research
• [Book] 光化学系I. In: 光触媒/光半導体を利用した人工光合成 (2017)
  • Author(s): 塚谷祐介, 民秋均
  • Publisher: NTS出版