2020 Fiscal Year Research-status Report
Adaptive radiation in photosynthetic reaction center proteins of photosynthetic bacteria
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19K06858
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
永島 咲子 東京都立大学, 理学研究科, 特任助教 (20637037)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 環境型 / 共進化 / 光合成反応中心 / シトクロム / 膜タンパク質 / 分子認識 / 電子伝達 / 塩ストレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細菌が適応放散の過程で温度やpH、栄養塩類などの多様な環境中に適応するために環境型として進化する過程を明らかにすることを目指している。対象とするPorphyrobacter属の細菌群は、近縁の海洋性好気性光合成細菌と異なり、海水・淡水・温泉水域に広く分布する。
多くのエネルギー代謝関連タンパク質はペリプラズム空間に面しており、細胞外イオン濃度の影響を受ける。膜タンパク質はペリプラズム側が外界の影響を多く受けるため、細胞質側より進化速度が速く、より多くの変異が蓄積されていることが予想された。本研究では機能構造がよく調べられている光合成膜タンパク質複合体（RC)を対象とした。RCはL、Mサブユニットを基本とし、細胞質側にHサブユニット、側面を集光膜タンパク質が取り囲む構造をしている。この複合体を一つの巨大膜タンパク質と捉えて詳細に調べることとした。
Porphyrobacter属の近縁種のRCのアミノ酸１次構造を立体構造予測に基づいて比較したところ、ペリプラズム側に海洋性と淡水性で特異的な変異が蓄積されている領域が推定され、RCと電子供与シトクロムとの結合部位付近に差異が認められた。そこで、複数の電子供与シトクロムタンパク質のアミノ酸構造を比較したところ、シトクロムタンパク質において、海洋性と淡水性とで構造が異なることが推定された。
ペリプラズム空間でのエネルギー代謝の電子伝達で、イオン相互作用と疎水性相互作用は電子供与体と受容体タンパク質間の分子認識で知られている。細胞外のイオン濃度がこの分子認識に影響を及ぼし、シトクロムの構造変化とRCの結合部位の変化が起きていると示唆された。
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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
昨年度の近縁数種の光合成反応中心（RC）の比較解析から、①RCで塩ストレスの影響を最も受ける部分は電子供与体とのイオン相互作用である、②電子供与体側もRCと共に進化している、の2点を作業仮説として本年度の研究を行った。
海洋性細菌にごく近縁で河川から単離した株のゲノムシークエンス解析を実施し比較したところ、海洋性細菌からは塩ストレス関連遺伝子群を、逆に河川（バイオフィルム）からはプラスミドの伝搬に関連する遺伝子群が推定され、両者の代謝の違いを得た。
得られた配列を用いたRC及び電子供与体の比較分析から、塩ストレスがRCと同様に電子供与体側でも推測された。これらのことから上記作業仮説は概ね支持され、見いだされた変異は今後の実験で検証可能と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の系統解析、構造比較分析から得た結果を検証するために、タンパク質精製・再構成実験を集中的に行う。本年度の結果から、特に電子供与シトクロムとRCとの相互作用と電子伝達への影響を見ることで、塩ストレスへの適応進化を検証できると考える。
また、当該変異が細胞外の塩ストレスに対する光合成電子伝達系への適応進化であることを確認するための変異株作成にも挑戦する。
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| Causes of Carryover |
初年度に予定していた環境DNA解析を行わずに本年度までの目的を達成することが出来たために生じた残額によるもの、及び国際学会出席にの際にオンライン開催のために旅費が発生しなかったため。
本年度はその分をたんぱく精製、精製タンパク質の再構成実験のセットアップ、単離した株の生理的分析の委託費用もしくは遺伝子組み換え実験の準備費用に充てる。
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Research Products
(2 results)
