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プロトン駆動力生成を支える集光アンテナ複合体の始原的機能とその多様化

Publicly Offered Research

Project AreaNew Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
Project/Area Number 19H04713
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

丸山 真一朗  東北大学, 生命科学研究科, 助教 (50712296)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywords葉緑体 / 細胞内共生 / ゲノム / 進化 / 光合成
Outline of Research at the Start

地球上の植物の光合成機能を最大限に活用・改良するためには、「光の利用(光受容、集光)」と「光からの防御(光散逸、消光)」のバランスの「再最適化」が重要であると考えられている。本研究では、このバランス調節に重要な光合成アンテナ装置として働くタンパク質に着目し、バランス調節の機能がどのように獲得され、多様化してきたのかを比較進化学的に明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

植物(藻類および陸上植物)など光合成生物の機能を最大限に引き出し、活用するためには、「光を集める機能」と「光を逃す機能」のバランスが、進化上どのように最適化されてきたのかを理解し、それを元に更なる改良を加えて「再最適化」することが重要である。しかし、植物の誕生から多様化の歴史は古く、長い歴史を正確に辿り、その進化を理解することは困難であると考えられてきた。
そこで本研究では、植物の光合成装置に広く含まれる集光アンテナ複合体タンパク質(LHC)の進化とその機能の持つ生態的な意義を、多様な生物群において比較解析することにより、葉緑体内における光合成系の再最適化過程がどのように進展し、多様化してきたのかを比較進化学的に明らかにすることを目的に研究を進めた。
始原的な単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolae、シアノバクテリア、シロイヌナズナなどを含めた生理学的・ゲノム科学的解析と、分光学的解析を組み合わせることにより、植物が持つLHCは、「光を集める機能」と「光を逃す機能」との両方に関してこれまで予想されていなかった多様性を持つことが示された。また生理学的実験により、集光機能を持つタンパク質機能が、特定の環境ストレス条件下において細胞の生育に重要な役割を持つことが示唆されたこと。これらのことは、環境変動の幅の大きい生態学的ニッチに進出した種が持つLHCが、穏和な条件では現れにくいが、ストレス環境下において有利となる機能を維持することで、適応的な進化を遂げてきたことを示唆している。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] American Museum of Natural History(米国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] American Museum of Natural History(米国)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Evolution of Photosynthetic Eukaryotes; Current Opinion, Perplexity, and a New Perspective2020

    • Author(s)
      Maruyama S, Kim E
    • Journal Title

      Results and Problems in Cell Differentiation

      Volume: 69 Pages: 337-351

    • DOI

      10.1007/978-3-030-51849-3_12

    • ISBN
      9783030518486, 9783030518493
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Global shifts in gene expression profiles accompanied with environmental changes in cnidarian-dinoflagellate endosymbiosis.2019

    • Author(s)
      Ishii Y, Maruyama S, Takahashi H, Aihara Y, Yamaguchi T, Yamaguchi K, Shigenobu S, Kawata M, Ueno N, Minagawa J.
    • Journal Title

      G3: Genes, Genomes, Genetics

      Volume: 9 Issue: 7 Pages: 2337-2347

    • DOI

      10.1534/g3.118.201012

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] サンゴ共生藻と刺胞動物の高温ストレスによる共生崩壊メカニズムの解明2019

    • Author(s)
      石井悠、丸山真一朗、高橋弘樹、相原悠介、山口剛史、山口勝司、重信秀治、河田雅圭、上野直人、皆川純
    • Organizer
      日本植物学会第83回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 東北大学プレスリリース:サンゴ共生藻と刺胞動物との共生崩壊に関わる遺伝子発現の変化を解明

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/06/press20190603-01-sango.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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