2021 Fiscal Year Annual Research Report
Loss of photosynthesis and stimulation of heterotrophy: trophic evolution through long-term cultivation
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18K19173
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
藤田 祐一 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80222264)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 准教授 (90223297)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | シアノバクテリア / 光合成 / 適応進化 / 従属栄養生育 / ストレス応答 / パートナースウィッチングシステム / アンチシグマ因子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗所での従属栄養生育が可能なシアノバクテリアLeptolyngbya boryanaを、グルコース存在下で長期にわたって継代培養を行って複数の暗所適応株を得た。暗所適応株の多くは、暗所従属栄養的生育が向上していたが、その一方で光合成的な生育能を失っていた。この形質をもたらした原因遺伝子を特定するために、暗所適応株のゲノムリシーケンシングを行ったところ、多くの暗所適応株において変異が特定の遺伝子rsbUに蓄積していた。RsbUは、原核生物に広く分布する情報伝達系であるパートナースウィッチングシステムにおいて、アンチシグマ因子の脱リン酸化を触媒するホスファターゼである。L. boryanaの野生型からrsbU単独欠損株を単離して、その形質解析を行うとともに、野生型とrsbU欠損株の光合成独立栄養条件及び暗所従属栄養条件におけるトランスクリプトーム解析（RNA-seq）を行った。その結果、rsbU欠損株では、明所（光合成独立栄養条件）において光化学系IIの遺伝子群の転写物が上昇し、逆に光化学系I遺伝子群の転写物は低下するという傾向が見られた。このことから、光化学系複合体の量比の異常が光合成条件での生育不良という形質をもたらしたと推察される。L. boryanaにおいてRsbUを含むパートナースイッチングシステムをモジュールとした遺伝子発現制御系が作動しており、何らかの環境要因に応じて光合成栄養条件と従属栄養条件に適した遺伝子発現プロファイルに切り替えていることが示唆された。ただし、暗所従属栄養生育が向上した原因については、RNA-seqからの推定が難しく、今後の研究課題である。また、この研究と並行して、L. boryanaの暗所従属栄養における光合成色素中間体の蓄積とその動態を解析し、細胞に蓄積した光合成色素中間体が細胞外小胞を介して分泌されることを初めて明らかにした。
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