Development of electric power generator using photosynthetic electron transport reaction

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K21282
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 稲葉 丈人 宮崎大学, 農学部, 准教授 (00400185)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 謙吾 宮崎大学, 農学部, 准教授 (70581304)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 葉緑体 / 光合成 / 発電 / 鉄還元菌

Outline of Annual Research Achievements

光合成電子伝達反応は、光エネルギーを利用して水を酸化し、生じた電子と水素イオン濃度勾配を利用することで光エネルギーを化学エネルギーに変換する反応である。本研究では、光合成で得た光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する「光合成発電デバイス」の作製に挑戦する。
今年度は、発電デバイスのパーツとして用いるフェレドキシン（Fd）およびフェレドキシン-NADP+還元酵素（FNR）のクローニングと大腸菌での発現、および精製を行った。エンドウ、トウモロコシ、シロイヌナズナおよびホウレンソウよりmRNAを抽出し、FdおよびFNR遺伝子をPCRで増幅した。その後、pET16bにクローニングし、シーケンスを確認した。さらに、作製したシロイヌナズナ由来遺伝子を含むベクターを大腸菌C41(DE3)およびC43(DE3)株に導入し、タンパク質のテスト誘導を試みた。その結果、C41(DE3)株のほうが適していることが判明し、それ以外の植物のタンパク質はC41(DE3)株のみで発現させることとした。精製したタンパク質の吸収スペクトルを調査した結果、いずれの精製タンパク質もFdおよびFNRに特徴的な吸収極大を示した。また、精製したFdおよびFNRを用い、シトクロムcを電子受容体として電子伝達能を調査した。その結果、今回精製したタンパク質のなかでは、シロイヌナズナのAtFd1、およびエンドウとホウレンソウのFdのシトクロムc還元力が強いことが判明した。一方、トウモロコシ由来のFdの還元力は弱かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は交付内定時期に遅れが出たが、申請時計画通りに概ね進めることができた。特に、ヒスチジンタグを付加した状態でもほとんどFdの還元力に影響が出ない条件を見出すことができたので、計画の実現性が高まったと考えている。

Strategy for Future Research Activity

次年度も当初計画に従って研究を進める。次年度は溶液中におけるFdのc型シトクロムOmcZへの電子伝達能力を詳細に調べる。

Causes of Carryover

内定時期の遅れにより雇用時期が遅れたため、人件費に若干余剰が生じた。2021年度に繰り越し、補助員の雇用時間を増やして効率的に研究を進める予定である。