2023 Fiscal Year Research-status Report
南極藻類に見つかった新規長波長光利用メカニズムの解明と進化学的理解
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22K06380
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
小杉 真貴子 基礎生物学研究所, 環境光生物学研究部門, 特任助教 (00612326)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 光合成 / 南極 / 藻類 / 赤外線 / ドラフトゲノム / 光捕集アンテナタンパク質 / 系統解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナンキョクカワノリ（Prasiola crispa）のドラフトゲノム解析で26個のLHC遺伝子が確認された。これまでに赤外線吸収型LHC（Pc-frLHC）は緑藻クラミドモナスやハネモなどで確認されている４回膜貫通型のLHCAに近縁であることが分かっていたが、系統解析の結果から４回膜貫通型LHCAから赤外線吸収型LHCへの進化はトレブクシア藻綱において起きたことが示唆された。
ナンキョクカワノリのPc-frLHCの発現が誘導される過程で行ったRNA-seq解析から、Pc-frLHC遺伝子の発現変動と相関のある遺伝子を抽出した。転写因子やRNA、タンパク質構造の安定化に関わる因子、青色光のフォトレセプターに関わる因子が共発現遺伝子として抽出された。以上の結果を2022年度に実施したドラフトゲノム解析の結果と合わせて論文にまとめ、国際誌に投稿した。
Pc-frLHCに結合する色素を同定するため培養株からPc-frLHCを精製し、300kVのクライオ電子顕微鏡による単粒子解析を行った。構造解析は現在進行中であるが、クロロフィルa/bを識別できる分解能が得られており、以前の分子モデルでは解析できなかったクロロフィルbの結合位置が推定された。構造解析および色素分析で野外採集サンプルから精製したPc-frLHCには検出されなかったカロテノイドが確認されたことから、このカロテノイドは培養株由来のPc-frLHCに特異的に結合していることが示唆された。
Pc-frLHCの発現メカニズムを明らかにするため、大型スペクトログラフを用いてPc-frLHCの発現量と光波長の関連を調べた。その結果、Pc-frLHCの発現は長波長光で誘導される傾向が見られたがｍＲＮＡとタンパク質の蓄積量に明確な相関は見られなかった。Pc-frLHCのタンパク質合成には数段階の制御が行われている可能性がある。
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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
培養株を用いたクライオ電子顕微鏡によるPc-frLHCの構造解析は計画通りに進展している。分子生物学的な解析も順調に進展しており、Pc-frLHCの発現パターンが他のLHCと異なっていたことにより共発現遺伝子を推定することができた。
Pc-frLHCと光化学系の超複合体の精製は、適した界面活性剤が見つからず難航している。次年度は架橋剤の使用も検討し、超複合体での励起エネルギー移動の解析を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
Pc-frLHCと近縁で長波長吸収クロロフィルを結合すると考えられるLHCはナンキョクカワノリの他には２属でのみ確認されたが、Pc-frLHCの進化学的側面を詳細に明らかにするためにはデータベース上に登録されていないトレブクシア藻綱やその近縁の緑藻においてそのLHCを解析する必要がある。そこで、極域の土壌から分離培養した気生藻類を中心に赤外線吸収アンテナタンパク質を発現する株をスクリーニングし、その系統関係を明らかにする。
Pc-frLHC内における励起エネルギー移動の解析のため、高分解能の分子モデルから色素の結合位置を決定する。極低温の吸収スペクトル、円二色性（ＣＤ）スペクトルを測定し、結合するクロロフィルのエネルギーレベルを推定する。時間分解蛍光スペクトルの解析を行い、アップヒル型のエネルギー移動を含む色素間のエネルギー移動速度を推定する。
Pc-frLHCと光化学系反応中心タンパク質の超複合体の単離精製を試みる。非常に不安定であることから、架橋剤の使用を検討する。精製に成功した場合には、Pc-frLHCから光化学系へのエネルギー移動速度を推定するため、時間分解蛍光スペクトル解析を実施する。
Pc-frLHCの発現機構を明らかにするため、推定された共発現遺伝子のうちmRNAの転写に関わる因子と翻訳に関わる因子の発現を様々な光環境下において調べる。
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