ロドプシン保有細菌の＂ハイブリッド・ソーラー自動車仮説＂の証明

• Project/Area Number: 15J07201
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Aquatic life science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中島 悠 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: ロドプシン / 海洋細菌 / トランスクリプトーム解析 / 微生物生態学

Outline of Annual Research Achievements

当該研究年度はロドプシンを複数持つ細菌において、ロドプシンが光条件、塩分、増殖期ごとにどの程度発現するのか比較トランスクリプトーム解析により明らかにし、作業仮説の証明を試みた。作業仮説では、ロドプシンが働く条件下では呼吸活性が低下し、プロトン勾配の形成を一部肩代わりできるとしているため、トランスクリプトーム解析では、ロドプシンと呼吸鎖関連遺伝子、各種トランスポーター遺伝子の相関解析を行った。
その結果、ロドプシンを細胞内に3つ保有する細菌においては、H+を排出するPRとNa+を排出するNaRの発現パターンが似通っており、Cl-を取り込むClRの発現パターンはPRやNaRとは異なっていることが明らかとなった。発現に影響する要素としては、塩分が最も大きく、次いで光条件、培養日数ということも示唆され、これまで全くわかっていなかった、NaRやClRの発現条件を明らかにする上で重要な知見が得られた。
3つのロドプシンとその他の遺伝子間における相関解析の結果、PRやNaRはリボソームタンパク質やTCA回路関連遺伝子、脂肪酸合成系の遺伝子などと高い相関を示した。一方、ClRはストレス応答遺伝子や、活性酸素除去タンパクなどと相関が高く、低発現であることも踏まえると、PRやNaRの発現のみでは膜電位形成が不十分な（ストレス）条件下において補助的な役割を担うのではないかと考えられる。作業仮説は「ロドプシンが働く際は呼吸によるプロトン勾配形成の負担を一部肩代わりする」というものであるが、発現の相関からは、PRやNaRと呼吸鎖関連の遺伝子は正の相関を示しており、貧栄養条件では、呼吸鎖もロドプシンも両方とも発現させる必要がある可能性が示唆された。今後、富栄養培地の結果も踏まえて考察する必要がある。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Hawaii/C-MORE(米国)
• [Int'l Joint Research] ハワイ大学C-MORE(米国)
• [Journal Article] Draft Genome Sequences of Tersicoccus phoenicis DSM 30849T, Isolated from a Cleanroom for Spacecraft Assembly, and Tersicoccus sp. Strain Bi-70, Isolated from a Freshwater Lake (2017)
  • Author(s): Yu Nakajima, Susumu Yoshizawa, Keiji Nakamura, Yoshitoshi Ogura, Tetsuya Hayashi and Kazuhiro Kogure
  • Journal Title: Genome announcements Volume: 5 Issue: 13
  • DOI: 10.1128/genomea.00079-17
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural mechanism for light-driven transport by a new type of chloride ion pump, Nonlabens marinus rhodopsin-3 (2016)
  • Author(s): Toshiaki Hosaka, Susumu Yoshizawa, Yu Nakajima, Noboru Ohsawa, Masakatsu Hato, Edward F. DeLong, Kazuhiro Kogure, Shigeyuki Yokoyama, Tomomi Kimura-Someya, Wataru Iwasaki and Mikako Shirouzu
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 291 Issue: 34 Pages: 17488-17495
  • DOI: 10.1074/jbc.m116.728220
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 複数のロドプシンを保有する細菌の比較トランスクリプトーム解析 (2016)
  • Author(s): 中島悠,吉澤晋,Edward F. DeLong,木暮一啓
  • Organizer: 水圏微生物研究フォーラム2016
  • Place of Presentation: 東京大学大気海洋研究所(千葉県柏市)
  • Year and Date: 2016-08-09
• [Presentation] プロテオロドプシン保有細菌における発光量の調節 (2015)
  • Author(s): 中島悠、吉澤晋、木暮一啓
  • Organizer: BMB2015 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター・兵庫・神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] ロドプシン保有細菌における発光量の調節 (2015)
  • Author(s): 中島悠
  • Organizer: 公益財団法人発酵研究所・寄附講座開設記念シンポジウム
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス・東京・八王子市
  • Year and Date: 2015-11-23
• [Presentation] Physiological advantage of bacteria possessing multiple rhodopsins (2015)
  • Author(s): Yu Nakajima, Susumu Yoshizawa, Kazuhiro Kogure
  • Organizer: 14th SAME Symposium for Aquatic Microbial Ecology
  • Place of Presentation: スウェーデン・ウプサラ
  • Year and Date: 2015-08-23
  • Int'l Joint Research