蛍光/化学発光タンパク質による波長変換/自発光で誘起する光合成の理解と技術応用

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H00409
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 永井 健治 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20311350)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 発光タンパク質 / 蛍光タンパク質 / 波長変換 / 自発光 / バイオマス

Outline of Annual Research Achievements

陸上植物は光合成の光化学系におけるアンテナ色素複合体を構成しているクロロフィルaとbが主として青色と赤色の光を吸収する。緑色光が光合成に利用される効率は低く、その結果、緑色光で栽培すると青色や赤色の光で栽培する場合に比べバイオマスが小さくなることが知られている。本研究では、（１）効率よく利用されない緑色光を、蛍光タンパク質を使って、利用されやすい色の光に変換しバイオマスを増大させることは可能か、（２）植物の光合成を化学発光タンパク質を使い植物の細胞内や葉緑体内で光を発生させた場合、どれくらい効率よく光合成に利用されうるか、という問いにアプローチした。
緑色光によって励起される赤色蛍光タンパク質tdTomato（吸収極大554 nmでのモル吸光係数138,000、蛍光極大580 nm）をゼニゴケに導入し、緑色光照射によって生じる赤色蛍光がクロロフィルに吸収され光合成を誘起して成長を促進するかどうかを調べた。tdTomatoを導入した形質転換体の蛍光強度を確認し、それらを緑色LED下で育成させバイオマスを計測したところ、野生型と比べおよそ３倍までの増加が見られた。次に、バイオマス増加がtdTomatoにより緑色光を利用できているかを調べるため、光合成活性の指標となる二酸化炭素測定を検討したが、検討していた二酸化炭素測定方法では測定の正確性が欠ける懸念が判明したため、酸素測定方法に変更した。酸素測定装置を用いて、ゼニゴケを緑・赤色光下でそれぞれ測定を行ったが、野生型と比べ、tdTomatoを導入した系統で酸素発生量の増加は見られなかった。測定装置に使われている光や温度環境がバイオマス実験とは異なっていたことが影響していると推測される。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画していた二酸化炭素測定方法の正確性に懸念が生じたため、酸素測定方法へ変更した。サンプルや酸素測定方法の準備などのため予定より進捗が遅れているため「やや遅れている」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

赤色蛍光タンパク質による緑色光の波長転換と光合成への利用は本研究の重要な問いであるため、赤色蛍光タンパク質を導入したゼニゴケのバイオマス増加を慎重に検証する。これまでの実験からバイオマス増加が確認されているものの、実験的に制御できない生育環境などもあるため、より環境制御できるインキュベータ―などで再現性を得る。