2019 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of biochemistry of chlorophyll c to shed light on evolution of marine primary production over the Phanerozoic Eon
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18H03743
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| Research Institution | Fukui University of Technology |
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Principal Investigator |
柏山 祐一郎 福井工業大学, 環境情報学部, 教授 (00611782)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 二朗 久留米大学, 医学部, 講師 (10373094)
塚谷 祐介 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 研究員 (10421843)
神川 龍馬 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (40627634)
力石 嘉人 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50455490)
木下 雄介 立命館大学, 生命科学部, 助教 (50792363)
伊庭 靖弘 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (80610451)
谷藤 吾朗 独立行政法人国立科学博物館, 動物研究部, 研究主幹 (70438480)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 紅藻系二次植物の進化 / 海洋の基礎生産 / クロロフィルの生合成 / クロロフィルの分解代謝 / 藻類の化石記録 / 藻類捕食者の進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの進捗に基づいて，本研究では①クロロフィルｃの生合成関連遺伝子・タンパク質の探索，②クロロフィルｃを有する藻類およびその起源に関わる系統の真核生物の地質情報の研究，③クロロフィル類の分解代謝経路に関わる遺伝子・タンパク質の探索の３つのアプローチを同時進行させている。まず，①に関しては，「クロロフィルｃ合成は一次植物で研究されてきたクロロフィル合成関連遺伝子の遺伝子重複により進化した（クロロフィルａ合成経路からの分岐が生じた）」という仮説を立て，クロロフィルｃ合成生物である珪藻Phaeodactylum tricornutumのゲノムデータを参照して既知遺伝子のホモログ（これらの実際の機能は全く未検証の状態である）をリストアップし，特に重複が見られる遺伝子の機能検証を開始した。まず，これら酵素の基質である可能性のあるクロロフィル中間代謝産物を有機合成し，バクテリアで発現させたこれら酵素についてin vitroの実験を行ったところ，一部の酵素については既に機能を特定した。さらに，（２）光合成バクテリアのクロロフィル合成関連遺伝子を欠損させた変異体群を作成して上記候補遺伝子を導入し，それらの機能をin vivoで検証する実験系を確立させた。次に，②に関しては，クロロフィルｃ生物の出現時期を推定するための分子時計の研究において重要な最古の真核藻類の出現時期の再検証を行うため，カナダの北極圏サマセット島への調査を，カナダおよびアメリカの研究者と共同調査の実施を試みたが，直前にカナダの受け入れ研究者の負傷により次年度以降に延期した。③に関しては，分解代謝の研究のためのモデル生物としてPeranema trichophorumを選定し，その安定かつ効率的な無菌培養系の確立を試み，RNA-seq解析から遺伝子レパートリーのデータを得るとともに，遺伝子操作の手法を検討した。
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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
昨年度から，研究分担メンバーを「クロロフィル生合成研究グループ」「クロロフィル分解代謝研究グループ」「クロロフィル中間代謝物有機合成グループ」「藻類化石記録研究グループ」に分け（一部メンバーは複数グループに重複して所属），それぞれに研究内容を分担して進めてきた。そこで，2019年8月に地質系を除くグループを集めて進捗会議を実施し，初年度の予備的実験・検証および研究成果から得られた知見について議論を行い，研究期間中盤における，クロロフィルc代謝経路特定のための戦略を決定した。その後，「生合成研究グループ」では，in vivoの実験系の確立をほぼ完成させ，また，in vitroの実験系では，未研究であった酵素の機能確認について既に一部成功した。「藻類化石記録研究グループ」では，カナダ極北のサマセット島での調査の準備を着実に進め，５月にはアメリカの共同研究者（ロードアイランド大学のFavid E. Fastovsky博士）を招いて現地での具体的な調査計画を策定したが，直前になりカナダのホスト研究者（サスカチュワン大学のSina Adl博士）が重傷を負ったことで，調査を２０２０年度に延期した。一方，微細藻類を捕食しクロロフィルの分解代謝であるＣＡＣＣを行う生物Peranema trichophorumについてRNA-seq解析を行いまた， RNAiによる遺伝子ノックダウン実験系を確立することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
「クロロフィル生合成研究グループ」では，２０１９年度に引き続き，光合成細菌Rhodobacter spheroidesを用いたin vivoの実験系の確立に特に注力する。また，既に一部有意義な成果が得られたin vitroの実験系についても，候補遺伝子を増やして実験を進める。「クロロフィル分解代謝研究グループ」では，培養条件を変えた比較トランスクリプトーム解析からクロロフィルの代謝に伴い変動する遺伝子を調べ，これらに関するRNAiノックダウン実験と色素分析からクロロフィル分解代謝関連遺伝子を特定する。「藻類化石記録研究グループ」では，本来２０２０年度に延期されていたカナダ北極圏における地質調査については，世界的なCOVID-19のパンデミックの影響を鑑みて，次年度に再延期する。「クロロフィル中間代謝物有機合成グループ」では，クロロフィルｃの分解代謝産物群と，それらを起源とすると推定されている化石ポルフィリンの有機合成を行い，これらのHPLC分析手法を確立させる。
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Research Products
(7 results)
