2021 Fiscal Year Annual Research Report
長波長吸収型光合成への進化再現によるレッドエッジ変化の実験的検証
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19H02018
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
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), 副主任研究員 (10421843)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤島 皓介 東京工業大学, 地球生命研究所, 准教授 (00776411)
松村 茂祥 富山大学, 学術研究部理学系, 講師 (40619855)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | バクテリオクロロフィル / 色素生合成 / 近赤外光 / 光合成進化 / レッドエッジ / クロロフィリド酸化還元酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の理論研究により、生命居住可能惑星（ハビタブル惑星）においても水中では可視光が、地表では近赤外光が優占していると示唆されている。バイオマーカーの１つである“レッドエッジ”は、光合成生物が光波長を吸収することによって起こる反射スペクトルであるが、実際に存在し得る光合成生物が利用する光波長やその進化と対応した詳細な検討はされてこなかったのが問題である。本研究の目的は、可視光利用型光合成から近赤外光利用型光合成への進化を実験的に再現することで、吸収される光波長帯の変化がどのように起こるのかを検証することである。
これまでの研究により、色素生合成酵素であるクロロフィリド酸化還元酵素（COR）が、光合成生物の種によって異なる酵素活性を示し、その違いのためにある種では可視光を、またある種では近赤外光を吸収する色素が合成されるという結果をもたらすことが示された。つまり可視光利用から近赤外光利用型光合成への進化は、CORという１つのタンパク質の進化でモデル化することが可能である。本研究では、この進化を駆動させるアミノ酸領域を同定するために、COR構成遺伝子のコンビナトリアル変異ライブラリを作成した。CORの立体構造を予測して、基質であるクロロフィリドの結合部位周辺のアミノ酸を選定し、複合変異ライブラリの設計に利用した。変異部位がCOR遺伝子上の分散した4箇所に位置特異的にランダムに導入されたライブラリを作成することができた。ライブラリは無細胞系内での発現、あるいはライブラリを導入した大腸菌を封入したマイクロドロップレット内での発現を試みている。また、マイクロドロップレット内でのCOR酵素タンパク質の活性試験を行うための条件検討を続けている。これらの系によってランダム変異ライブラリ内で近赤外光型に試験管内進化したCORを摘出して、その進化発生の元となるアミノ酸変化を同定する予定である。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Incomplete hydrogenation by geranylgeranyl reductase from a proteobacterial phototroph Halorhodospira halochloris, resulting in the production of bacteriochlorophyll with a tetrahydrogeranylgeranyl tail.2022
Author(s)
Tsukatani, Y., Harada, J., Kurosawa, K., Tanaka, K., and Tamiaki, H.
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Journal Title
Journal of Bacteriology
Volume: 204
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Allochromatium tepidum, sp. nov., a hot spring species of purple sulfur bacteria.2022
Author(s)
Madigan, M.T., Absher, J.N., Mayers, J.E., Asao, M., Jung, D.O., Bender, K.S., Kempher, M.L., Hayward, M.K., Sanguedolce, S.A., Brown, A.C., Takaichi, S., Kurokawa, K., Toyoda, A., Mori, H., Tsukatani, Y., Wang-Otomo, Z.Y., Ward, D.M., and Sattley, W.M.
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Journal Title
Archives of Microbiology
Volume: 204
Pages: 115
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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