タンパク質合成系の改変による光合成の強光ストレス耐性の向上

• Project Area: Integrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes
• Project/Area Number: 25119704
• 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: Saitama University
• Principal Investigator: 西山 佳孝 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30281588)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 植物 / 環境 / ストレス / 遺伝子 / 光合成

Outline of Annual Research Achievements

シロイヌナズナ葉緑体局在型のEF-GおよびEF-Tuに関して、C末端にHisタグを付加した組換えタンパク質を調製し、酸化条件下におけるシステイン残基のレドックス変化と翻訳活性を調べた。その結果、EF-GもEF-Tuも、pH8以上のアルカリ条件下ではH2O2によってシステイン残基が酸化され失活することがわかった。強光条件下では、これらの翻訳因子が存在する葉緑体ストロマは弱アルカリ性となるので、酸化傷害を受けることが十分予想される。次に、EF-GおよびEF-Tuの過剰発現や、標的システイン残基の改変が光合成機能に及ぼす影響を調べるため、推定プロモーター領域を含む翻訳因子のコード領域をシロイヌナズナ核ゲノムに導入してトランスジェニック植物を作製した。これまでにEF-G過剰発現株からT3世代のホモ個体を複数選別した。これらの系統ではEF-Gタンパク質の発現量が1.3倍以上に増大していた。これらのトランスジェニック植物から得たリーフディスクに強光を照射した後、クロロフィル蛍光Fv/Fmを指標として光化学系II活性をモニターした。その結果、光化学系IIの光阻害が緩和していることが観察された。その際、タンパク質合成阻害剤クロラムフェニコールを共存させると、野生株との間に差が見られなかったことから、トランスジェニック植物では強光下でタンパク質合成が促進して、光化学系IIの強光耐性が増大したことが考えられる。以上の結果から、シロイヌナズナ葉緑体においても強光下で翻訳因子が酸化され、タンパク質合成の抑制によって光化学系IIの光阻害が促進することが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Identification of OmpR-family response regulators interacting with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • Author(s): Kadowaki, T., Nishiyama, Y., Hisabori, T. and Hihara, Y.
  • Journal Title: PLos One Volume: 10(3) Issue: 3 Pages: e0119107-e0119107
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0119107
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Zeaxanthin and echinenone protect the repair of photosystem II from inhibition by singlet oxygen in Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • Author(s): Kusama, Y., Inoue, S., Jimbo, H., Takaichi, S., Sonoike, K., Hihara, Y. and Nishiyama, Y.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 56(5) Issue: 5 Pages: 906-916
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv018
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Oxidation of translation factor EF-G transiently retards the translational elongation cycle in Escherichia coli (2015)
  • Author(s): Nagano, T., Yutthanasirikul, R., Hihara, Y., Hisabori, T., Kanamori, T., Takeuchi, N., Ueda, T. and Nishiyama, Y.
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: - Issue: 2 Pages: 165-72
  • DOI: 10.1093/jb/mvv026
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Analysis of spontaneous suppressor mutants from the photomixotrophically-grown pmgA-disrupted mutant in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • Author(s): Nishijima, Y., Kanesaki, Y., Yoshikawa, H., Ogawa, T., Sonoike, K., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • Journal Title: Photosynth. Res. Volume: - Issue: 2-3 Pages: 465-475
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0143-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revised scheme for the mechanism of photoinhibition and its application to enhance the abiotic stress tolerance of the photosynthetic machinery (2014)
  • Author(s): Nishiyama, Y. and Murata, N.
  • Journal Title: Appl. Microbiol. Biotechnol. Volume: 98(21) Issue: 21 Pages: 8777-8796
  • DOI: 10.1007/s00253-014-6020-0
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The effects of dark incubation on cellular metabolism of the wild type and the mutant lacking the transcriptional regulator cyAbrB2 in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2014)
  • Author(s): Hanai, M., Sato, Y., Miyagi, A., Kawai-Yamada, M., Tanaka, K., Kaneko, Y., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • Journal Title: Life Volume: 4(4) Issue: 4 Pages: 770-787
  • DOI: 10.3390/life4040770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Okuyama, H. and Nishiyama, Y. (2013) Expression of a highly active catalase VktA in the cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 alleviates the photoinhibition of photosystem II (2013)
  • Author(s): Jimbo, H., Noda, A., Hayashi, H., Nagano, T., Yumoto, I., Orikasa, Y., Okuyama, H. and Nishiyama, Y.
  • Journal Title: Photosynth. Res. Volume: 117 Issue: 1-3 Pages: 509-515
  • DOI: 10.1007/s11120-013-9804-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of the Plastidic Phosphate Translocators in the Inducible Crassulacean Acid Metabolism Plant <i>Mesembryanthemum crystallinum</i> (2013)
  • Author(s): Kore-eda, S., Nozawa, A., Okada, Y., Takashi, K., Azad, M.A.K., Ohnishi, J., Nishiyama, Y. and Tozawa, Y.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 77 Issue: 7 Pages: 1511-1516
  • DOI: 10.1271/bbb.130174
  • NAID: 10031190461
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deletion of the transcriptional regulator cyAbrB2 deregulates primary carbon metabolism in Synechocystis sp. PCC 6803. (2013)
  • Author(s): Kaniya Y, Kizawa A, Miyagi A, Kawai-Yamada M, Uchimiya H, Kaneko Y, Nishiyama Y, Hihara Y.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 162 Issue: 2 Pages: 1153-1163
  • DOI: 10.1104/pp.113.218784
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Role of reactive oxygen species in photoinhibition of photosystem II (2015)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: The German-Japanese Binational Seminar 2015
  • Place of Presentation: かんぽの宿熱海（静岡県・熱海市）
  • Year and Date: 2015-03-22
  • Invited
• [Presentation] シアノバクテリア翻訳因子EF-Tuの酸化傷害機構とその生理学的意義 (2015)
  • Author(s): 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都・世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-18
• [Presentation] シアノバクテリア光化学系IIの光防御機構における熱放散の役割 (2015)
  • Author(s): 草間友里、井上修平、神保晴彦、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都・世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] タンパク質合成系の改変による光合成の強光ストレス耐性の向上 (2015)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 新学術“植物環境突破力”平成26年度領域会議
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2015-03-12
  • Invited
• [Presentation] 光合成生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2015)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 物質・デバイス領域共同研究拠点特定研究課題第2回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京工業大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2015-03-06
  • Invited
• [Presentation] Redox regulation of protein synthesis in photosynthetic organisms (2015)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Tokyo Tech-HHH Dusseldorf Joint Symposium
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都・港区）
  • Year and Date: 2015-03-04
  • Invited
• [Presentation] The redox regulation of elongation factor EF-Tu in photoinhibition of photosystem II in Synechocystis sp. PCC 6803. (2015)
  • Author(s): Jimbo, H., Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: Tokyo Tech-HHH Dusseldorf Joint Symposium
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都・港区）
  • Year and Date: 2015-03-04
• [Presentation] Roles of carotenoids in the protection of photosystem II from photoinhibition (2014)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Japan-Finland Binational Seminar 2014
  • Place of Presentation: 定山渓ホテル（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-10
  • Invited
• [Presentation] 光化学系IIの光阻害に対する高温ストレスの影響 (2014)
  • Author(s): 西山佳孝、上野護、草間友里
  • Organizer: 第78回日本植物学会年会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県・川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] リボソームのレドックス制御 (2014)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 第13回微生物研究会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都・世田谷区）
  • Year and Date: 2014-07-26
  • Invited
• [Presentation] 光合成生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2014)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 物質・デバイス領域共同研究拠点「生体機能物質の機能および制御の解析とバイオデバイスへの応用」第１回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京工業大学（横浜）
• [Presentation] タンパク質合成系の改変による光合成の強光ストレス耐性の向上 (2014)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 新学術領域「植物環境突破力」班会議
  • Place of Presentation: 京都ガーデンパレス（京都）
• [Presentation] シアノバクテリア翻訳因子EF-Tuの酸化傷害と光化学系IIの強光応答 (2014)
  • Author(s): 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] Redox regulation of the translation factor EF-Tu in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2014)
  • Author(s): Rayakorn Yutthanasirikul, Takanori Nagano, Takashi Kanamori, Takuya Ueda, Takamitsu Haruyama, Hiroki Konno, Keisuke, Yoshida, Toru Hisabori, and Yoshitaka Nishiyama
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] 葉緑体翻訳因子EF-GおよびEF-Tuの酸化ストレス応答性 (2014)
  • Author(s): 米山拓、大窪孝幸、永野孝典、金森崇、上田卓也、久堀徹、西山佳孝
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] Action of reactive oxygen species in photoinhibition of photosystem II (2014)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Department Seminar, University of California, Berkeley
  • Place of Presentation: Berkeley, USA
  • Invited
• [Presentation] タンパク質合成系の改変による光合成の強光ストレス耐性の向上 (2013)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 新学術領域”植物環境突破力”班会議
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台）
• [Presentation] Oxidative damage to protein synthesis during photoinhibition of photosystem II (2013)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: RSB Seminar, The Australian National University
  • Place of Presentation: Canberra, Australia
  • Invited
• [Presentation] シアノバクテリア光化学系IIの強光応答における翻訳因子EF-Tu改変の影響 (2013)
  • Author(s): 神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 第4回日本光合成学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋）
• [Presentation] Effects of oxidative damage to the translation factor EF-Tu on photoinhibition of photosystem II in cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • Author(s): Jimbo, H., Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: 16th International Congress on Photosynthesis Research
  • Place of Presentation: Saint Louis, USA
• [Presentation] Molecular mechanism of oxidative damage to the translation factor EF-Tu from the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • Author(s): Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: 第86回日本生化学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
• [Presentation] 光合成の強光ストレス耐性の向上 (2013)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 第1回SUPER FORUMシンポジウム
  • Place of Presentation: 埼玉大学（さいたま）
  • Invited
• [Presentation] Oxidative damage to translation factor EF-Tu and its redox regulation in Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • Author(s): Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • Place of Presentation: かずさDNA研究所（木更津）
• [Presentation] 翻訳因子EF-Tuの改変が光化学系IIの光阻害に及ぼす効果 (2013)
  • Author(s): 神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • Place of Presentation: かずさDNA研究所（木更津）
• [Remarks] 環境応答研究室
  • URL: http://www.molbiol.saitama-u.ac.jp/nishiyama/kankyo/Top.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 赤潮原因ラフィド藻類の光逃避行動を誘導する方法 (2014)
  • Inventor(s): 紫加田知幸、鬼塚剛、松永茂、西山佳孝、宮村和良
  • Industrial Property Rights Holder: 紫加田知幸、鬼塚剛、松永茂、西山佳孝、宮村和良
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-12-26