ロドプシンによる葉緑体プロトン勾配制御システムの確立と植物応答解析への展開
Publicly Offered Research
Project Area | New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system |
Project/Area Number |
19H04727
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Biological Sciences
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Research Institution | Okayama University |
Principal Investigator |
須藤 雄気 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (10452202)
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Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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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)
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Keywords | ロドプシン / 光 / 生物物理 / オプトジェネティクス / エネルギー変換 / プロトンポンプ / NPQ |
Outline of Research at the Start |
植物による光合成は、水と二酸化炭素から、炭素固定・酸素発生・ATP産生を行う反応で、生命活動の源でもある。植物には、光強度にあわせて余剰なエネルギーを熱として放出する機構(NPQ)が備わっており、これにより効率的な光合成が実現する。NPQは、プロトン濃度上昇が引き金とされているが、その制御機構はよくわかっていない。本研究では、光合成色素がほとんど吸収しない緑色光で働くロドプシンを植物の葉緑体に発現させ、人為的に膜を介したプロトン移動を誘起する。これにより擬似的に強・弱光条件を再現し、NPQ制御メカニズムを解明する。
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Outline of Annual Research Achievements |
植物による光合成は、水と二酸化炭素から炭素固定・酸素発生・ATP産生を行う反応であある。ここで、生物のエネルギー通貨とも呼ばれるATPは、光合成タンパ ク質における細胞内から細胞外にプロトン(H+)の輸送により実現している。また、植物には光強度にあわせて余剰なエネルギーを熱として放出する機構(NonPhotochemical Quenching:NPQ)が備わっており、効率的な光合成を実現している。これらは光合成に伴う葉緑体ルーメン側の酸性化(プロトン濃度上昇)が引き金になることがわかっているが、その制御機構の詳細は不明である。本研究では、光合成色素クロロフィルがほとんど吸収しない緑色光で働くロドプシンを緑藻(クラミドモナス)および陸上植物(シロイヌナズナ)の葉緑体に異種発現させる組み換え体を創出する。次に、ロドプシンを光により励起し、人為的に膜を介したプロトン移動を誘起する。これにより、擬似的に強・弱光条件を作り出し、その際に起こる植物応答(ATP合成、NPQ制御、成長、形態、その他)を光で制御し、それらのメカニズムの解明を目指す。
本年度は、以下の生化学的・細胞生物学的解析を行った。 ①生化学的解析:クラミドモナスおよびシロイヌナズナにおけるロドプシンの発現。加えて、葉緑体への局在の確認。クラミドモナスおよびシロイヌナズナともに、ロドプシンの葉緑体への発現と局在を確認した。 ②細胞生物学的解析:NPQをはじめとした応答解析を進めた。(1)クラミドモナスについては、NPQ誘導の確認に加え、細胞形態や生育などへのロドプシンおよび光の影響を検討し、ロドプシンによる成長促進を確認した。(2)シロイヌナズナについては、上記に加えレチナールの添加法の検討と、レチナールが及ぼす細胞毒性について検討した。
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Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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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。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)