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2022 Fiscal Year Research-status Report

植物の非膜オルガネラを消失させる因子の大規模探索

Research Project

Project/Area Number 21K19145
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

山野 隆志  京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (70570167)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords相分離 / ピレノイド / CO2濃縮機構 / クラミドモナス / 葉緑体
Outline of Annual Research Achievements

葉緑体内に発達するピレノイドは、地球上の炭素固定の約3割を担い、生物相の一次生産を根幹から支えるオルガネラである。ピレノイドを陸上植物に導入し、光合成を改良することで作物の生産性向上につなげようとする研究が進められているが、液-液相分離(以下、相分離)する性質を持つピレノイドそのものの理解が十分ではないため成功していない。本研究の最終的な目標は、ピレノイドをモデルとした相分離オルガネラの消失に関わる因子を同定することである。これは、植物が陸上化に伴ってなぜピレノイドを消失していったのかという植物科学の大きな謎を明らかにするだけでなく、食糧問題の解決に向けた植物バイオマス生産の増大という喫緊の課題からも重要である。2022年度の研究では、2021年度から進めている細胞分裂時にピレノイドの消失が異常になった変異株のスクリーニングをさらに大規模に進め、相分離オルガネラの消失に関わる因子を同定の土台となる変異株を複数単離することを目的とした。具体的には、ピレノイドのマーカーとして利用されるルビスコの小サブユニットRbcS1とVenusの融合タンパク質を発現する株に対して、ハイグロマイシン耐性カセットの形質転換によるランダム変異導入を行い、約15,000株のスクリーニングを行った。ピレノイドの消失が異常になった変異株の表現型として、ピレノイドが細胞分裂時に消失しないことで、1)野生株よりも大きくなる、2)野生株よりも数が増える、3)葉緑体 内の形成位置が異なる、ことが予測されるが、ピレノイドの数と位置に異常がある変異株を5株単離することに成功した。また、次世代シーケンサーを用いたゲノムリシーケンシングによりハイグロマイシンカセットの挿入部位配列の同定を進めた。いくつかの変異株については、光合成に関する生理学的な表現型解析を進め、ピレノイドの数を規定する生理学的意義が見えてきた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度の目標であったピレノイドの数や位置に関わる変異株のスクリーニングと複数の変異株単離に成功し、次世代シーケンサーを用いた変異原因遺伝子の同定にまで成功しただけでなく、ピレノイドの数を規定する生理学的意義までもが見いだされたため、おおむね順調に進展している、と判断した。

Strategy for Future Research Activity

これまでに単離した変異株の生理学的表現型の解析を進め、相分離オルガネラの数を規定する因子の同定、そしてその数を規定することが光合成の維持に重要であることを生理学的に証明し、論文にまとめる。

Causes of Carryover

コロナ禍により研究の進展が遅延し、研究遂行に想定以上の時間を要したため。

  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A pyrenoid-localized protein SAGA1 is necessary for Ca2+-binding protein CAS-dependent expression of nuclear genes encoding inorganic carbon transporters in Chlamydomonas reinhardtii2023

    • Author(s)
      Shimamura Daisuke、Yamano Takashi、Niikawa Yuki、Hu Donghui、Fukuzawa Hideya
    • Journal Title

      Photosynthesis Research

      Volume: 156 Pages: 181~192

    • DOI

      10.1007/s11120-022-00996-7

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Functional analysis of LCI15, which suppresses the CO2-concentrating mechanism in the green algae Chlamydomonas reinhardtii2023

    • Author(s)
      Shizuka Miichi, Daisuke Shimamura, Junko Yasuda, Takashi Yamano, Hideya Fukuzawa
    • Organizer
      19th International Student Seminar
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Isolation and Characterization of Liquid-Liquid Phase Separated Pyrenoid Mutants with the Aberrant Morphology in the Green Alga Chlamydomonas reinhardtii2023

    • Author(s)
      Yumeka Masuda, Tatsuhiro Kotoge, Hideya Fukuzawa, Takashi Yamano
    • Organizer
      19th International Student Seminar
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クラミドモナスのCO2濃縮機構を抑制するCobW-WWドメインタンパク質の局在と機能2023

    • Author(s)
      見市 静香、嶋村 大亮、安田 詢子、山野 隆志、福澤 秀哉
    • Organizer
      第16回クラミドモナス研究会
  • [Presentation] クラミドモナスにおけるピレノイド形成異常変異株の単離と解析2023

    • Author(s)
      増田 夢佳、小峠 達大、福澤 秀哉、山野 隆志
    • Organizer
      第16回クラミドモナス研究会
  • [Presentation] 緑藻のMYB型転写因子LCR1が制御する炭酸脱水酵素とCO2チャネルによるCO2濃縮機構の駆動2023

    • Author(s)
      池内 友彰、山野 隆志、福澤 秀哉
    • Organizer
      第16回クラミドモナス研究会
  • [Presentation] ピレノイドに局在するSAGA1 タンパク質はCa2+結合性タンパク質CASによる無機炭素輸送体の遺伝子発現に必要である2023

    • Author(s)
      嶋村 大亮、新川友貴、HU Donghui、山野隆志、福澤秀哉
    • Organizer
      第16回クラミドモナス研究会
  • [Presentation] CO2-dependent migration and relocation of LCIB, a pyrenoid-peripheral protein in Chlamydomonas reinhardtii2022

    • Author(s)
      Takashi Yamano
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Inorganic Carbon Utilization by Aquatic Photosynthetic Organisms
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Abnormal pyrenoid morphology due to the SAGA1 mutation affects CAS-dependent gene expression and CAS localization in Chlamydomonas reinhardtii2022

    • Author(s)
      Daisuke Shimamura, Takashi Yamano, Yuuki Niikawa, Hu Donghui, Hideya Fukuzawa
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Inorganic Carbon Utilization by Aquatic Photosynthetic Organisms
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 緑藻ピレノイドの相分離現象とCO2濃縮2022

    • Author(s)
      山野 隆志
    • Organizer
      日本植物学会 第86回大会
    • Invited
  • [Presentation] CO2濃縮機構を制御する緑藻クラミドモナスのWWドメイン含有タンパク質2022

    • Author(s)
      嶋村 大亮、安田 詢子、大垣 美萌、山原 洋佑、山野 隆志、福澤 秀哉
    • Organizer
      日本植物学会 第86回大会
  • [Presentation] 液-液相分離する緑藻ピレノイドの1細胞高解像度観察2022

    • Author(s)
      山野 隆志、小峠 達大、 福澤 秀哉
    • Organizer
      ユーグレナ研究会第37回研究集会
  • [Presentation] CO2濃縮機構を制御する緑藻クラミドモナスのWWドメイン含有タンパク質2022

    • Author(s)
      嶋村 大亮、安田 詢子、大垣 美萌、山原 洋佑、山野 隆志、福澤 秀哉
    • Organizer
      第18回京大植物縦横無尽の会ワークショップ
  • [Remarks] 研究代表者の研究室ホームページ

    • URL

      https://www.molecule.lif.kyoto-u.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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