2015 Fiscal Year Research-status Report
光合成生物の新たな光ニッチ環境の獲得・進化に必要な最小構成因子の解明
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26840099
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
塚谷 祐介 東京工業大学, 地球生命研究所, WPI研究員 (10421843)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光合成 / 色素 / バクテリオクロロフィル / 近赤外光 / 光合成の進化 / 生合成酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成の初期過程に重要なシステムは、光化学反応中心系、光捕集アンテナ系、色素‒タンパク質合成系である。その中でも色素は、反応中心タンパク質、光捕集タンパク質に結合し、それぞれの中で電子伝達や光エネルギーの吸収・伝達といった実質的な反応を担っている。バクテリオクロロフィル(BChl)-bは、天然色素の中で最も長波長帯に吸収極大を持ち、唯一単量体として近赤外光領域の光を吸収できる点で特徴的である。色素には、タンパク質と結合することで吸収帯が近赤外領域までシフトするものもあるが、 BChl-bは色素単量体のままで近赤外光を吸収できるため、産業利用の点で優れているといえる。全ての光合成細菌に保存されているクロロフィリド還元酵素（以下COR）という色素合成酵素は、BChl-a生産性とBChl-b生産性の光合成細菌内では異なる基質特異性を示すことをこれまでに我々は明らかとしてきた。本研究課題はこれらの2つのタイプのCORについて触媒反応特性を明らかとしてBChl色素の生合成経路の全体像を解明すること、さらにはその知見を基にしてBChl-bの効率的産生を可能とする光合成細菌変異株の作製を目的としてきた。これまでに得られたCORの基質特異性に関する知見を基に、遺伝子工学的な手法によりBChl-a を生産するモデル生物Rhodobacter sphaeroidesをBChl-b生産性に改変することに成功して、Scientific Reports誌への発表および国際特許公開を達成した。また、ここまで明らかにしてきたCORを含む光合成色素生合成経路について、日本語および英語総説を発表した。今後は特に、CORの前後で機能する酵素の反応特性解析およびCORの詳細な基質特異性を調べることで色素生合成系で働く酵素の作用機序を明らかにしていく予定である。
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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
BChl-b生産性に改変したRhodobacter sphaeroide変異株に関する論文がScientific Reports誌に掲載された。またこれに関する国際特許が公開された。一連のCORのタイプごとの基質特異性と反応特性について、日本語および英語総説を執筆し掲載された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は特に、CORの前後で機能する酵素の反応特性解析およびCORの詳細な基質特異性を調べることで、色素生合成系で働く酵素の作用機序を明らかにしていく予定である。
また、これまでに得られている各種変異株の光化学系反応中心蛋白質の精製と、その分光学的解析を継続して行う。吸収波長帯の大幅な変化・進化に対する光捕集アポ蛋白質側の寄与を議論する。これらを進めた先には、CORの水素付加反応性に関わるアミノ酸環境を明らかにしていきたい。そのためにまずはCORの立体構造解明（共同研究）を目指す。
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| Causes of Carryover |
研究が順調に進展し、当初計画通り進まなかった場合の対応実験をせずに済んだため。また実験で用いたプラスミドベクターの一部は共同研究先で作成したものを使用したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
CORの精製や、バクテリオクロロフィル-b産生株の光化学系反応中心の精製、および分光学的解析を推し進めるため、蛋白質精製等の生化学的解析にかかる消耗品費が適宜必要となる。
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[Journal Article] Rhodobacter sphaeroides mutants overexpressing chlorophyllide a oxidoreductase of Blastochloris viridis elucidate functions of enzymes in late bacteriochlorophyll biosynthetic pathways.2015
Author(s)
Tsukatani, Y., Harada, J., Nomata, J., Yamamoto, H., Fujita, Y., Mizoguchi, T., and Tamiaki, H.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 5
Pages: 9741
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Complete genome sequence of the bacteriochlorophyll b-producing photosynthetic bacterium Blastochloris viridis.2015
Author(s)
Tsukatani, Y., Hirose, Y., Harada, J., Misawa, N., Mori, K., Inoue, K., and Tamiaki, H.
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Journal Title
Genome Announc.
Volume: 3
Pages: pii: e01006-15
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Stereochemical conversion of C3-vinyl group to 1-hydroxyethyl group in bacteriochlorophyll c by the hydratases BchF and BchV: adaptation of green sulfur bacteria to limited-light environments.2015
Author(s)
Harada, J., Teramura, M., Mizoguchi, T., Tsukatani, Y., Yamamoto, K., and Tamiaki, H.
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Journal Title
Mol. Microbiol.
Volume: 98
Pages: 1184-1198
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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