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2022 Fiscal Year Annual Research Report

実用藻類ツノケイソウにおける光合成能と有用物質生産能の統合的強化

Research Project

Project/Area Number 22J23453
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

熊沢 穣  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2022-04-22 – 2025-03-31
Keywords光合成 / 集光タンパク質 / 珪藻 / 微細藻類 / 環境応答 / 物質生産
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、光合成の最適化と異種発現による物質生産の統合を目指すものである。具体的には実用珪藻ツノケイソウにおいて、集光性色素タンパク質(FCP, Fucoxanthin Chlorophyll a/c - binding Protein)の構成を最適化し、かつ、有用物質生合成酵素の異種発現を試みる。本年度は主に前者の課題に注力した。
潜在的に余剰である可能性のあるFCP分子種のうち、ゲノム編集による遺伝子欠損変異体作成の標的として、光化学系に直接結合するFCPから2分子種、クライオ電子顕微鏡構造には認められないが高蓄積するFCPから2分子種、特定の光条件で高発現するFCPから1分子種を選択した。そして標的FCPのうち3つの遺伝子欠損変異体を作成することに成功し、その他の候補についても変異体候補株の単離と確認を進めている。すでに得られたFCP欠損変異体については、野生株と異なる光合成特性を有することを認めた。
加えて本年度は、ゲノム編集による特定のFCP欠損や様々な光条件が、光化学系超複合体の形成状態に及ぼす影響を解析するために、Clear Native (CN)-PAGEの条件検討を行なった。珪藻でこれまで利用されてきたCN-PAGEの条件ではチラコイド膜の精製及び泳動中にFCPが光化学系複合体から脱離してしまい、光化学系超複合体ごとのFCPの集合状態を分析することが困難であった。そこで他種藻類や陸上植物で近年使用されつつある界面活性剤を利用することで、CN-PAGE中にFCPが光化学系コアから脱離する問題を解決した。これによって、次年度以降のFCP分子機能解析の基盤技術を確立できた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

実用珪藻ツノケイソウにおける集光性色素タンパク質(FCP, Fucoxanthin Chlorophyll a/c - binding Protein)について、分子系統解析に加え、解像度の向上したクライオ電子顕微鏡を用いて得られた光化学系超複合体の立体構造から光化学系IIに直接結合するFCPを同定することに成功した。これらの情報を利用して、ゲノム編集によって複数のFCP欠損変異体を取得し、変異体は野生株と異なる光合成能力を有することを確認できたが、一部の標的FCPに対しては変異体の作成が遅れている。
また、多種藻類や陸上植物で近年利用されつつある新手法のCN-PAGEを利用して、珪藻においてこれまでよりも比較的簡便な光化学系とFCPの相互作用解析を可能にしたものの、これを作成したFCP変異体に適用して分析するまでに至らなかったなど、一部で計画からやや遅れが生じている。

Strategy for Future Research Activity

1) ゲノム編集で作出した株の詳細な光合成能力、増殖能力を評価する。
2) 得られていない集光性色素タンパク質遺伝子欠損変異体を引き続き作成する。
3) 上記の変異株の光化学系-集光性色素タンパク質の超複合体の形成状態をCN-PAGEを用いて評価する。
4) 光合成能力に変化が見られる変異株のカロテノイド生合成系を評価する。
5) 引き続き葉緑体形質転換を試みる。

  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Structural basis for different types of hetero-tetrameric light-harvesting complexes in a diatom PSII-FCPII supercomplex2022

    • Author(s)
      Nagao Ryo、Kato Koji、Kumazawa Minoru、Ifuku Kentaro、Yokono Makio、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Akita Fusamichi、Akimoto Seiji、Miyazaki Naoyuki、Shen Jian-Ren
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Pages: 1764

    • DOI

      10.1038/s41467-022-29294-5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ツノケイソウLhcx1遺伝子のゲノム編集を利用した機能破壊と表現型解析2023

    • Author(s)
      熊沢 穣、石川 規子、辻 祥子、井上(菓子野)名津子、菓子野 康浩、伊福 健太郎
    • Organizer
      第64回 日本植物生理学会年会
  • [Presentation] ツノケイソウの赤色光培養で蓄積する集光性色素タンパク質FCPの同定と機能解析2023

    • Author(s)
      中村 翠、熊沢 穣、長尾 遼、石川 規子、沈 建仁、伊福 健太郎
    • Organizer
      第64回 日本植物生理学会年会
  • [Presentation] ゲノム編集によるツノケイソウ Lhcx1遺伝子の機能破壊と表現型解析2022

    • Author(s)
      熊沢 穣、石川 規子、辻 祥子、井上(菓子野)名津子、菓子野 康浩、伊福 健太郎
    • Organizer
      第12回 日本光合成学会年会
  • [Presentation] Molecular characterization of fucoxanthin-chlorophyll a/c proteins in the diatom Chaetoceros gracilis: the unique diversification process of the light-harvesting complexes in red-algal lineage.2022

    • Author(s)
      Minoru Kumazawa, Hiroyo Nishide, Ryo Nagao, Natsuko Inoue-Kashino, Ikuo Uchiyama, Yasuhiro Kashino, Jian-Ren Shen, Takeshi Nakano, Kentaro Ifuku
    • Organizer
      International Congress on Photosynthesis Research 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Phylogenetic diversity of light harvesting complex proteins in diatoms and other red-lineage algae2022

    • Author(s)
      Minoru Kumazawa, Hiroyo Nishide, Ryo Nagao, Natsuko Inoue-Kashino, Ikuo Uchiyama, Yasuhiro Kashino, Jian-Ren Shen, Takeshi Nakano, Kentaro Ifuku
    • Organizer
      International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Regulation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ツノケイソウの赤色光培養で蓄積する FCP (Fucoxanthin Chlorophyll a /c - Binding Protein)の同定と機能解析2022

    • Author(s)
      中村 翠、熊沢 穣、長尾 遼、石川 規子、沈 建仁、伊福健太郎
    • Organizer
      ユーグレナ研究会 第37回研究集会
  • [Presentation] Functional Analysis of Red-Light Induced FCP in Chaetoceros gracilis2022

    • Author(s)
      Midori Nakamura, Minoru Kumazawa, Ryo Nagao, Noriko Ishikawa, Jian-Ren Shen, Kentaro Ifuku
    • Organizer
      9th JSBBA KANSAI Student Forum

URL: 

Published: 2023-12-25  

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