2008 Fiscal Year Annual Research Report
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20248009
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
祥雲 弘文 The University of Tokyo, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (70012036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 康幸 東京農業大学, 応用生物科学部, 助教 (50398814)
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| Keywords | 脱窒 / Fusarium oxysporum / 亜硝酸還元酵素 / nirK / フラボヘモグロビン / P450nor / 放線菌の硝酸呼吸 / 硝酸還元酵素 |
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| Research Abstract |
当研究室で長年研究してきた脱窒真菌Fusarium oxysporumより、脱窒に関わる亜硝酸還元酵素(dNir)遺伝子(nirK)の単離に成功し、それが細菌脱窒系のnirKのオルソログであることを明らかにした。真核生物からのnirK遺伝子の単離は初めての例である。一方近年のゲノム解析により多くのカビのゲノムが読まれているが、それらにnirKホモログが数多く見出される。細菌、アーケアと真核生物を併せたnirKおよびそのホモログの系統樹では、真核生物のものは全て同じクラスターに分離された。このことは真核生物nirKが同一起源(おそらくプロトミトコンドリア)であることを意味し、ミトコンドリアの起源と進化に関して新たな視点を投じた。フラボヘモグロビン(Fhb)は真核および原核微生物に普遍的に見出される融合タンパク質である。その生理機能として一酸化窒素(NO)ジオキシゲナーゼ(NO+02+e-→NO3-)活性が知られている。一方微生物一個体に複数のFhb遺伝子の見出される例も多く、Fhbの生理的意義が十分に理解されている訳ではない。我々は麹菌(Aspergillus oryzae)ゲノムにFhb遺伝子を二つ見出し、それらのクローニング、異種宿主での発現とタンパク質の精製、酵素活性の確認とcharacterization等を行った。さらに両遺伝子の発現条件の検索や遺伝子破壊の影響などを検討し、これら2種のFhbの細胞内局在、生理機能などを明示、あるいは推定した。カビの共脱窒現象の解明も進め、それが化学反応ではない、生物反応によることを示した。さらにcell-freeの活性も再構成できた。カビ脱窒にNO還元酵素(Nor)として関わるシトクロムP450norは、Nor活性以外に共脱窒活性やNADH-ペルオキシダーゼ活性(NPO)を示す(未発表)多機能解毒酵素である。このNPO活性の反応機構について詳細な検討を行い、新たなペルオキシダーゼ反応機構の存在を明らかにした(投稿予定)。放線菌は絶対好気性の生き物であるとほとんどの専門家は信じている。そのような状況下で我々は放線菌に脱窒を行うものの存在を示した。これと相前後してゲノムの解かれた放線菌Streptomyes coelicolorこ脱窒や硝酸呼吸に関わる硝酸還元酵素(dNaR)ホモログ遺伝子が3種類も存在することが明らかとなっている。また我々は有機態窒素が放線菌により亜硝酸変換される興味深い現象を見出している。S.coelicolorの3種のdNaRホモログの発現解析や遺伝子破壊の結果から、dNaRと亜硝酸生産の関連性を明らかにした。廃水処理の過程で強力な温室効果ガスである亜酸化窒素(N20)の発生することはよく知られている。その主要な原因の一つが、硝化細菌(アンモニア酸化細菌)による脱窒であることを初めて明らかにした。好気脱窒(酸素分圧があってもN20を放出しない)細菌として知られるPseudomonas stutzeri TR2株の脱窒特性を詳細に検討し、脱窒エキスパートというべき性質を明らかにした。
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