2019 Fiscal Year Annual Research Report
植物プランクトンの新たな光利用：ロドプシンによるエネルギー生産機構の解明
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19J21582
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 万純 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物プランクトン / ロドプシン / 光合成 / 光エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、植物プランクトンにおけるロドプシンの機能の網羅的解析と、ロドプシンの生理的役割の解明を目的としている。本年度の実施内容は以下の通りである。
1. 褐虫藻ロドプシンの探索と系統解析：ゲノムが解読されている褐虫藻からロドプシン遺伝子を探索し、複数のロドプシンに類似な配列を取得した。それらの配列の膜貫通性を予測し、ロドプシンの特徴である7回膜貫通の配列を選別した結果、11配列のロドプシンを検出した。これらの配列と機能既知ロドプシンの配列を用いて系統解析を行ったところ、褐虫藻のロドプシンは大きく3つのクレード（以下A, B, C）に分かれることが分かった。
2. 褐虫藻ロドプシンの機能解析：系統解析によって見出した3つのクレードのロドプシンを人工合成し、大腸菌に発現させて機能解析を行った。その結果、A, Bクレードにおいて、ロドプシンの活性を確認した。
3. 褐虫藻ロドプシンの利用波長の解析：A, Cクレードのロドプシンに関して、共同研究先である理化学研究所とともに利用波長の解析を行った。無細胞系でロドプシンを発現させ、吸収スペクトルを測定したところ、Aクレードのロドプシンは緑色光、Cクレードのロドプシンは青色光領域に吸収極大を持っていた。このことから、A, Cクレードのロドプシンでは、それぞれ異なる波長の光を用いることが分かった。
4. 褐虫藻培養系の立ち上げ：次度目以降、褐虫藻細胞内におけるロドプシンの局在を調べるために、褐虫藻細胞を培養する必要がある。共同研究先である東北大学より、褐虫藻の培養株を譲っていただき、受け入れ研究室にて培養を始めた。現時点で数回の植え継ぎを行ったが、その後の増殖を確認できている。
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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
本年度は、数ある植物プランクトンの中からゲノムが解読されている褐虫藻を選定し、そのゲノムからロドプシン遺伝子を探索した。ロドプシンの系統解析により、褐虫藻が持つロドプシンの遺伝的多様性を明らかにした。また、それらの異種発現にも成功し、数配列ではあるが褐虫藻の持つ未知ロドプシンの機能を明らかにした。本年度、機能解析ができなかったサンプルに関しては、次年度以降も条件検討を続け、機能の解明を目指す。
受入研究室では主に細菌の研究を行っているため、真核微生物の解析を行うには新しい手法や装置を用いる必要がある。そのため、現在、参考文献やプロトコルを頼りに新しい実験システムを構築し、実験を進めている。本年度立ち上げた実験系については、予備実験も終わり来年度以降の研究の発展に大きく貢献すると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、主に以下の課題に取り組む予定である。
1. 褐虫藻由来ロドプシンの機能解析：本年度、機能解析ができなかったロドプシンについて、現在立ち上げ中の新規の発現系を用いて機能解析を試みる。
2. 褐虫藻由来ロドプシンの詳細な特性解析：機能解析ができたロドプシンについて、共同研究による分光解析・電気生理学的な解析により、さらに詳細な特性を明らかにする。
3. 褐虫藻由来ロドプシンの抗体作成：ロドプシンに特異的なペプチド抗体を作製し、褐虫藻細胞内でのロドプシンの発現確認を試みる。次年度は、ペプチド抗体を作製する配列の検討を行うために、いくつかの部位に特異的なペプチド抗体を作製し、抗体反応の比較を行う。
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