2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system |
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| Project/Area Number |
16H06559
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
清水 浩 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (00226250)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山内 崇 明治大学, 農学部, 専任講師 (60512316)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | ゲノムスケールモデル / システム生物学 / 光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
食糧やエネルギー問題を解決するため、植物や藻類の「光合成の改良」は重要な課題である。現存の光合成生物は進化を遂げた局所環境に適応してプロトン駆動力によって「光エネルギーの効率的利用」と「過剰光からの防御」のバランスを調節している。本研究では、ゲノムスケール代謝モデル（GMM）の開発と光合成のシステム解析を行い、光合成をシステムとして統合理解することを目的とする。本計画班では、シアノバクテリアを実験材料に用い、光合成の素反応因子、環境に対する制御因子および光合成のメカニズム解明の成果を統合理解するシステムを開発し、光合成のシステム再最適化のための戦略立案を行うことを目的とする。また、各研究班の成果を盛り込んで光合成をシステムとして理解する道筋を明らかにする。
本年度は、シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC6803野生株（GT）株の光合成および主要な代謝反応の情報を含み細胞全体を表現するゲノムスケールモデル（GMM）の開発を行った。主要な代謝経路の反応の大きさ、光合成における受光や電子伝達を代謝フラックス（反応の大きさ）という形で細胞全体に統一的に解析が可能なモデル構築の基盤整備を行った。反応の大きさどうしの関係を記述できる化学量論を導入し、光合成活性と細胞全体の生命活動が見渡せるモデルとして記述する方法を開発していく。
また、転写制御因子を改変した株の光合成活性を測定すると同時に、細胞全体に関わる遺伝子発現、タンパク質、代謝の様態を統合的に解析し、光合成と光合成以外の細胞機能の相関関係を明らかにすることで光の強さに応答して変化する光合成のシステム的理解を深めることを目的としておりそのための基盤整備を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本計画班においては、光化学系の明反応と細胞の中枢代謝を見渡せるシステム生物学研究を展開する。本年度はゲノムスケール代謝モデル開発の基盤整備、代謝物質やタンパク質の定量解析を開始している。また、代謝酵素の生化学解析や転写制御因子の欠損株や強発現株の培養を行って、データを取得しており、順調に研究は進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、シアノバクテリアSyn sp. PCC6803野生株（GT）株の光合成および主要な中枢代謝反応の情報を含み細胞全体を表現するゲノムスケールモデル（GMM）を光化学系の反応を詳細に記述する形で開発を進める。「プロトン駆動力の大きさと成分の調節」に関する最新の情報を代謝フラックスという観点で統一的に扱いモデルに組み込んでいく方法について、知見を今後導入可能な形で開発していく。また、定量プロテオーム解析、代謝物資と測定を行って、光合成と中枢代謝の関係を明らかにする。
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[Journal Article] Succinate and lactate production from Euglena gracilis during dark, anaerobic conditions2016
Author(s)
Yuko Tomita, Kazumasa Yoshioka, Hiroko Iijima, Ayaka Nakashima, Osamu Iwata, Kengo Suzuki, Tomohisa Hasunuma, Akihiko Kondo, Masami Yokota Hirai, Takashi Osanai
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Journal Title
Frontiers in Microbiology
Volume: 7
Pages: 2050
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Book] BIOTECHNOLOGY, Wiley-VCH book series, Weinheim, Vol 5: Applied Bioengineering: Innovations and Future Directions, Chapter 7, Omics integrations for the state analysis of microbial processes2017
Author(s)
Hiroshi Shimizu, Chikara Fursawa, Takashi Hirasawa, Katsunori Yoshikawa, Yoshihiro Toya, Tomokazu Shirai, and Fumio Matsuda
Total Pages
36
Publisher
Wiley-VCH
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