光合成能力の最適化を制御するmiRNAの動態解明

Publicly Offered Research

Project Area	New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
Project/Area Number	19H04728
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Biological Sciences
Research Institution	Kochi University
Principal Investigator	山崎朋人高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 助教 (70512060)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000) Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	microRNA / クラミドモナス / 光合成 / miRNA / マイクロRNA / 環境適応
Outline of Research at the Start	光は光合成反応に必要であると当時に、過剰になると反応機構の損傷を引き起こす。そのため植物は光を光合成に使う仕組みと、光を捨てて防御する仕組みの両方を環境に応じて調節することで光合成反応を最適化している。しかし環境に応じたバランス制御の仕組みの詳細は分かっていない。本研究では環境変動に応じた光利用のバランス制御に遺伝子の発現をファインチューニングする機能を持ったマイクロRNAがどう関わっているか、その仕組みの全貌を世界に先駆けて解明する。
Outline of Annual Research Achievements	植物に光は必須であるが、強すぎる光は光合成装置の損傷を引き起こす。そのため植物は光を光合成に使う仕組みと、光を捨てて防御する仕組みの両方を環境に応じて調節することで光合成反応を最適化している。緑藻クラミドモナスが持つ光を捨てる仕組みは、光シグナルによって起動する。本研究はこの光を捨てる仕組みが、弱い光で起動することがないよう、遺伝子発現を抑制する小分子RNAが機能していることを解明した。光を捨てる機能を持ったLHCSR3の発現は光シグナルで誘導される。光を感知してLHCSR3遺伝子の発現を誘導する経路は、青色光受容体フォトトロピン(PHOT)を起点として励起される。本研究は、小分子RNAの機能しない変異体においてPHOT遺伝子の発現量の上昇を発見したことをきっかけに、小分子RNAが光を捨てる仕組みを制御しているという着想から始まった。PHOT遺伝子の発現を抑制する可能性のある小分子RNAの候補を塩基配列解析で絞り込み、ゲノム編集によって小分子RNAを個別に破壊したところ、PHOTタンパク質の発現量が上昇し、LHCSR3遺伝子の発現が、本来は反応しない程度の弱い青色光でも誘導されることを明らかにした。一方で赤色光ではLHCSR3遺伝子の発現量は上昇しなかったことから、観察されたLHCSR3遺伝子の発現量上昇はPHOTタンパク質量の増加によるものであることが分かった。さらにLHCSR3の発現誘導がより強くかかっている事と相関して、光を捨てる活性も上昇していた。こうした実験から、小分子RNAによるPHOT遺伝子の発現抑制によって青色光シグナルのインプットが絞られ、LHCSR3 遺伝子の発現誘導が弱い光では起こらないよう「あそび」を作っていることを明らかにした。
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。