Molecular mechanisms of high light tolerance in microalgae

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K07945
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Aquatic life science
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: SHINOMURA Tomoko 帝京大学, 理工学部, 教授 (80579235)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ユーグレナ / 強光ストレス / 微細藻類 / カロテノイド / 光走性 / 走光性 / 鞭毛藻 / 単細胞

Outline of Final Research Achievements

Euglena gracilis, a unicellular phytoflagellate, is a potential feedstock for renewal energy. In outdoor open-pond cultivation, the direct solar radiation decreases the productivity of this alga. Here we cloned carotenoid biosynthetic genes such as phytoene desaturase genes and ζ-carotene desaturase gene from E. gracilis, and analyzed their expression level and their physiological functions under the strong light condition using RNAi knocked down lines. This study showed that excess light-stress decreased their cell growth, and changed an accumulation of specific carotenoid species in the cells of E. gracilis as well as their change of phototaxis. We concluded that E. gracilis enhanced tolerance to the light stress by both “a rapid response for cell movement” and “a slower response for change of carotenoid metabolism” mediated by carotenoids.

Free Research Field

植物生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、ユーグレナという系統進化上特異な分類群に属するユニークな生物は、強光ストレス環境下でカロテノイドの全体量を変化させるのみならず、特定のカロテノイド分子種の蓄積量や分布を変化させる分子機構を持つことがはじめて明らかになった。さらに、本研究により、比較的弱い強度の青色光や赤色光をユーグレナ細胞にあらかじめ一定時間照射することにより、β-カロテンの蓄積を通じてその後の強光ストレスによる光合成活性の低下を緩和する可能性が示唆された。このことは、将来、屋外でのユーグレナ細胞の大量培養における太陽の直射光によるストレス緩和への実用上の応用の可能性があると考えられる。