2008 Fiscal Year Annual Research Report
分子進化に基づいた光合成炭素固定酵素ルビスコの機能改良とその発現植物体の創成
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18688021
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
蘆田 弘樹 Nara Institute of Science and Technology, バイオサイエンス研究科, 助教 (50362851)
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| Keywords | 光合成 / CO2固定 / ルビスコ / 紅藻 / 葉緑体形質転換 |
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| Research Abstract |
ルビスコ機能改良のターゲット残基、特にCO_2識別残基を同定するために、CO_2固定能を獲得する以前の偏性嫌気細菌のルビスコ祖先タンパク質をルビスコへ試験管内進化させるために必要なアミノ酸置換を解析した。祖先タンパク質において既知のルビスコ触媒必須残基と触媒ループで保存されていない残基をルビスコ型に置換し、大腸菌で発現させた。精製変異タンパク質のCO_2固定活性を測定した結果、非常に低いレベルで検出できた。この結果は、数アミノ酸置換によりルビスコへ人工進化させることができることを示唆し、次段階のランダム変異導入によるCO_2識別能が高まった変異祖先タンパク質スクリーニングからCO_2識別残基同定を行うための基盤が完成した。また、前年度作製に成功した紅藻ルビスコの高CO_2識別残基をルビスコに導入した葉緑体形質転換タバコにおいては、変異型葉緑体ゲノムに完全に置換するために、抗生物質選択圧下で再分化処理を数回行った。今後、ルビスコの酵素特性と植物体の光合成能を解析結果に期待が持たれる。外来ルビスコ植物発現研究では、高CO_2識別能を示す紅藻ルビスコ遺伝子を葉緑体ゲノムに導入した形質転換タバコの解析を行った。その結果、紅藻ルビスコはラージとスモールサブユニットの会合に問題があり機能発現しなかったが、紅藻ルビスコスモールと内在性のタバコルビスコのラージサブユニットから成るキメラルビスコが形成していることが分かった。これまで植物ルビスコラージと外来ルビスコスモールサブユニットのキメラ酵素ははじめての報告であり、その酵素特性は非常に興味深い。また、紅藻ルビスコ機能発現が成功しなかった原因が内在性ルビスコの存在であると予想され、内在性ルビスコ発現を抑制することが紅藻ルビスコ発現に有効であることが示唆された。
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