2018 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, 専任准教授 (60512316)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | ゲノムスケール代謝モデル / 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、昨年度までに基本設計をしたシアノバクテリア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）を各波長の光に対する光化学系における電子伝達が予測できるモデルとして発展させた。本モデルは、暗反応と明反応を細胞全体で統一的に解析が可能なモデルとして構築した。様々な光環境における光合成電子伝達と代謝の反応を関係について解析した。細胞のクロロフィルによる吸光を測定し各波長の光の吸光を測定することで、光化学系の機能をモデルに反映することを試みた。
また、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定量プロテオーム解析、定量メタボローム解析の実験データを得た。
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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。本年度は昨年度開発したゲノムスケールモデルを波長の異なる光照射に対する振る舞いを予測可能なように発展させた。定量プロテオーム解析、定量メタボローム解析手法により転写制御因子の発現量が異なる細胞の解析結果を得た。これらの状況によ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むゲノムスケールモデル（GMM）によるシミュレーション結果と細胞増殖などの実験データを突き合わせて光化学系の反応を詳細に記述する形でさらに開発を進める。異なる波長の光に対する応答を詳細に解析可能なモデルを構築し、細胞増殖や光合成活性との実測データ比較により、受け取ったエネルギーの利用の仕方を議論できるシミュレーションを目指す。また、定量プロテオーム解析、定量メタボローム解析を行って、光合成と中枢代謝のシステムとしての関係を明らかにする。
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