Reproduction of the evolutionary process of photosynthesis utilizing near infrared light toward astrobiology

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17050:Biogeosciences-related
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: Tsukatani Yusuke 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 色素生合成 / 光合成 / バクテリオクロロフィル / バイオシグニチャー / クロロフィリド酸化還元酵素 / レッドエッジ

Outline of Final Research Achievements

To understand the evolutionary process of photosynthesis utilizing near infrared light, we choose chlorophyllide oxidoreductase, COR, as a model system. In this study, we constructed combinatorial mutation libraries of the genes encoding COR subunits. The designed mutations included amino acid substitutions close to the predicted substrate binding site. We attempted to pack a mutated gene or a E. coli cell possessing a mutated gene into a micro-droplet by the microfluidics technique. We also tested the enzymatic assay conditions for COR in the micro droplet.

Free Research Field

光合成微生物学、分子生物学、生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で確立した、または今後確立する実験系を複合することで試験管内進化した近赤外光型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ことが今後の課題である。これによって長波長吸収型光合成への進化を実験的に証明することができ、地球と同様の光質環境変化が見込まれる系外惑星においても同様の進化が起きることを示唆する。生命居住惑星の探索におけるバイオシグニチャー選定の際に重要な知見を提供することが期待される。