2008 Fiscal Year Annual Research Report
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17208031
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
横田 明穂 Nara Institute of Science and Technology, バイオサイエンス研究科, 教授 (40118005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
明石 欣也 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (20314544)
蘆田 弘樹 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (50362851)
宗景 ゆり 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (30423247)
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| Keywords | 光合成 / 炭素固定 / ルビスコ / カルビン回路 / 機能分子進化 / 古細菌 |
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| Research Abstract |
ルビスコを正常に合成できないシロイヌナズナ変異株から、ルビスコ遺伝子の発現に必要なキナーゼ様タンパク質と葉緑体リボソーム成熟化に関わるRNAヘリカーゼなどを同定した。この研究によりルビスコをはじめとする植物葉緑体タンパク質合成に必須な新規因子を明らかにした。高炭素固定能を発揮する紅藻ルビスコの優良部位をタバコルビスコに導入した形質転換タバコにおいて、野生型ルビスコ遺伝子が残存していたため、抗生物質存在下で再分化処理を繰り返し、完全置換処理を行った。今後の優良部位導入効果の解析に期待が持たれる。
生物進化から古細菌や枯草菌などのルビスコ様タンパク質(RLP)はルビスコ祖先タンパク質であり、ルビスコ炭素固定必須残基と触媒ループを欠いている。RLPのこれらの残基を全てルビスコ型に置換することで、低いながらルビスコ活性を獲得させることに成功した。人工的にルビスコ進化を再現できたことから、ルビスコ機能分子進化過程を解明する基盤ができた。炭素固定カルビン回路の誕生には、ルビスコとルビスコの基質リブロースビスリン酸合成酵素(PRK)が獲得される必要があった。一部の古細菌ルビスコとPRK様遺伝子を有し、PRK様タンパク質が活性を有していることを明らかにした。これは、古細菌で、すでにほぼ完全なカルビン回路が確立していた可能性を示し、目を見張る発見であった。今後の解析によりカルビンサイクルが確立された進化を明らかにしていく。
これまで、ルビスコ機能発現における小サブユニット(SSU)の役割は明らかでない。SSUを部分的に解離させたラン藻ルビスコの作製に成功し、活性を有していることを明らかにした。またラン藻CO2濃縮系構成タンパク質CcmMのSSUホモログドメインがSSUの機能を相補し、炭素固定活性を高めることを見出した。これらの結果はSSUの機能を明らかにする上で重要な発見であった。
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