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2008 Fiscal Year Annual Research Report

光合成炭素固定酵素ルビスコ機能発現の分子機構

Research Project

Project/Area Number 17208031
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

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)

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)
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
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。

  • Research Products

    (12 results)

All 2009 2008

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Structural and functional similarities between a RuBisCO-like protein from Bacillus subtilis and photosynthetic RuBisCO.2009

    • Author(s)
      Yohtaro Saito
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry (in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystallization and preliminary x-ray analysis of 2, 3-diketo-5-methylthiopentyl-1-phosphate enolase from Bacillus subtilis.2009

    • Author(s)
      Haruka Tamura
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section F 65

      Pages: 147-150

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RuBisCO-like proteins as the enolase enzyme in the methionine salvage pathway : Functional and evolutionary relationships between RuBisCO-like proteins and photosynthetic RuBisCO.2008

    • Author(s)
      Hiroki Ashida
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany 59

      Pages: 1543-1554

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular mechanisms of RuBisCO biosynthesis in higher plants.2008

    • Author(s)
      Kenji Nishimura
    • Journal Title

      Plant Biotechnology 25

      Pages: 285-290

  • [Journal Article] Enzymatic characterization of 5-methylthioribulose-1-phosphate dehydratase of the methionine salvage pathway from Bacillus subtilis.2008

    • Author(s)
      Hiroki Ashida
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 72

      Pages: 959-967

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] シロイヌナズナのpfkB-type carbohydrate kinase family protein, NARA5はプラスチドゲノムにコードされる光合成遺伝子の高発現に必須である2009

    • Author(s)
      小川太郎
    • Organizer
      第50回日本植物生理学会年会 創立50周年記念大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2009-03-21
  • [Presentation] 葉緑体に局在するシロイヌナズナDEAD-box RNA helicase RH39の機能解析2009

    • Author(s)
      西村健司
    • Organizer
      第50回日本植物生理学会年会 創立50周年記念大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2009-03-21
  • [Presentation] pfkB-type carbohydrate kinase family protein, NARA5, is essential for the massive expressions of plastid-encoded photosynthetic genes in Arabidopsis thaliana.2009

    • Author(s)
      Taro Ogawa
    • Organizer
      Nissan Science Foundation, Woody Plants Biotechnology Symposum
    • Place of Presentation
      Scieum, Tokyo
    • Year and Date
      2009-02-26
  • [Presentation] A DEAD-box RNA helicase RH39 is Required for the Biogenesis of Cmoroplast 50S Ribosomes and Essential for Plant Development in Arabidopsis thaliana.2009

    • Author(s)
      Kenji Nishimura
    • Organizer
      Nissan Science Foundation, Woody Plants Biotechnology Symposium
    • Place of Presentation
      Science Hall in the Science Museum, Tokyo
    • Year and Date
      2009-02-26
  • [Presentation] シロイヌナズナ葉緑体に局在するDEAD-box RNA helicase RH39の機能解析2009

    • Author(s)
      西村健司
    • Organizer
      日本農芸化学会 関西支部例会(第458回講演会)
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2009-02-07
  • [Presentation] Improvement of Cyanobacterial Ribulose 1, 5-Bisphosphate Carboxylasa/Oxygenase by Introducing the Latch Structure Involved in CO_2/O_2 Specificity in red algal RuBisCO.2008

    • Author(s)
      Yohtaro Saito
    • Organizer
      The 4^<th> INDONESIAN BIOTECHNOLOGY CONFERENCE
    • Place of Presentation
      Bogor
    • Year and Date
      20080805-20080807
  • [Presentation] Analysis of common conserved residues between Bacillus RuBisCO-like protein and photosynthetic RuBisCO.2008

    • Author(s)
      Toshihiro Nakano
    • Organizer
      The 4^<th> INDONESIAN BIOTECHNOLOGY CONFERENCE
    • Place of Presentation
      Bogor
    • Year and Date
      20080805-20080807

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Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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