全酵素同定に基づくクロロフィル代謝の多面的・総合的研究

• 研究課題/領域番号: 15H04381
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 田中 歩 北海道大学, 低温科学研究所, 特任教授 (10197402)
• 連携研究者: 高林 厚史 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (90546417) ; 伊藤 寿 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (50596608)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2015年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: 色素体機能 / 光合成 / クロロフィル / 代謝

研究成果の概要

クロロフィル分解の最初の反応を触媒するMg脱離酵素は、その重要さにもかかわらず、これまで同定されていなかった。本研究では、Mg脱離酵素（SGR）を同定し、その活性の測定に成功した。また、SGR1とSGRLで基質特異性が異なることを見出した。これらの研究によってクロロフィル代謝経路の主要な酵素は全て同定された。さらに、SGRは遊離のクロロフィルだけでなく、タンパク質に結合したクロロフィルも基質にすることができ、その結果、色素タンパク質や光化学系の分解において中心的な役割を担っていることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Impairment of Lhca4, a subunit of LHCI, causes high accumulation of chlorophyll and the stay-green phenotype in rice (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamatani Hiroshi、Kohzuma Kaori、Nakano Michiharu、Takami Tsuneaki、Kato Yusuke、Hayashi Yoriko、Monden Yuki、Okumoto Yutaka、Abe Tomoko、Kumamaru Toshihiro、Tanaka Ayumi、Sakamoto Wataru、Kusaba Makoto
  • 雑誌名: J Exp Bot. 巻: 69 号: 5 ページ: 1027-1035
  • DOI: 10.1093/jxb/erx468
  • NAID: 120006466618
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mg-dechelation of chlorophyll a by Stay-Green activates chlorophyll b degradation through expressing Non-Yellow Coloring 1 in Arabidopsis thaliana (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Tomoaki、Shimoda Yousuke、Matsuda Kaori、Tanaka Ayumi、Ito Hisashi
  • 雑誌名: Journal of Plant Physiology 巻: 222 ページ: 94-102
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2018.01.010
  • NAID: 120006803940
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deficiency of the Stroma-Lamellar Protein LIL8/PSB33 Affects Energy Transfer Around PSI in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Kato Yukako、Yokono Makio、Akimoto Seiji、Takabayashi Atsushi、Tanaka Ayumi、Tanaka Ryouichi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 58 号: 11 ページ: 2026-2039
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx124
  • NAID: 120006533129
  • 査読あり
• [雑誌論文] PCoM-DB Update: a Protein Co-Migration Database for photosynthetic organisms (2017)
  • 著者名/発表者名: Takabayashi A, Takabayashi S, Takahashi K, Watanabe M, Uchida H, Murakami A, Fujita T, Ikeuchi M, Tanaka A
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 58 ページ: pcw219-pcw219
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw219
  • NAID: 120006374987
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Complete Chloroplast Genome Sequence of the Early-Divergent Green Alga Palmophyllum crassum (2017)
  • 著者名/発表者名: Furukawa R, Kunugi M, Ihara K, Takabayashi A, Tanaka A
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 5 号: 10
  • DOI: 10.1128/genomea.01745-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The iron-sulfur cluster biosynthesis protein SUFB is required for chlorophyll synthesis, but not phytochrome signaling. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hu X, Page MT, Sumida A, Tanaka A, Terry MJ and Tanaka R
  • 雑誌名: Plant journal 巻: 89 号: 6 ページ: 1184-1194
  • DOI: 10.1111/tpj.13455
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The SUFBC2D Complex is Required for the Biogenesis of All Major Classes of Plastid Fe-S Proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Hu X, Kato Y, Sumida A, Tanaka A and Tanaka R
  • 雑誌名: Plant journal 巻: 90 号: 2 ページ: 235-248
  • DOI: 10.1111/tpj.13483
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The non-Mendelian green cotyledon gene in soybean encodes a small subunit of Photosystem II. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohzuma, K., Sato, Y., Ito, H., Okuzaki, A., Masuda, Y., Watanabe, M., Fukuoka, H., Yamatani, H., Kanazawa, A., Tabei, Y., Ikeuchi, M., Sakamoto, W., Tanaka, A., and Kusaba, M.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 173 号: 4 ページ: 2138-2147
  • DOI: 10.1104/pp.16.01589
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chlorophyll a is a favorable substrate for Chlamydomonas Mg-dechelatase encoded by STAY-GREEN (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Kaori、Shimoda Yousuke、Tanaka Ayumi、Ito Hisashi
  • 雑誌名: Plant Physiol Biochem 巻: 109 ページ: 365-373
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2016.10.020
  • NAID: 120006531975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis STAY-GREEN , Mendel’s Green Cotyledon Gene, Encodes Magnesium-Dechelatase (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimoda Yousuke、Ito Hisashi、Tanaka Ayumi
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 28 号: 9 ページ: 2147-2160
  • DOI: 10.1105/tpc.16.00428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct interaction with ACR11 is necessary for post-transcriptional control of GLU1-encoded ferredoxin-dependent glutamate synthase in leaves (2016)
  • 著者名/発表者名: Takabayashi A, Niwata A, Tanaka A.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: - 号: 1 ページ: 29668-29668
  • DOI: 10.1038/srep29668
  • NAID: 120005828479
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simultaneous regulation of antenna size and photosystem I/II stoichiometry in Arabidopsis thaliana (2016)
  • 著者名/発表者名: Jia Ting、Ito Hisashi、Tanaka Ayumi
  • 雑誌名: Planta 巻: 244 号: 5 ページ: 1041-1053
  • DOI: 10.1007/s00425-016-2568-5
  • NAID: 120006318735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of Green Plants Accompanied Changes in Light-Harvesting Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Kunugi M, Satoh S, Ihara K, Shibata K, Yamagishi Y, Kogame K, Obokata J, Takabayashi A and Tanaka A
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - 号: 6 ページ: 1231-1243
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw071
  • NAID: 120006024384
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chlorophyll b degradation by chlorophyll b reductase under high-light conditions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato R, Ito H and Tanaka A
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: 126 号: 2-3 ページ: 249-259
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0145-6
  • NAID: 120005745376
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Chlorophyll b Reductase NOL Participates in Regulating the Antenna Size of Photosystem II in Arabidopsis Thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: Jia T, Ito H and Tanaka A
  • 雑誌名: Procedia Chemistry 巻: 14 ページ: 422-427
  • DOI: 10.1016/j.proche.2015.03.057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] PSI-NPQ in higher plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Makio Yokono, Atsushi Takabayashi, Junko Kishimoto, Tomomichi Fujita, Masakazu Iwai, Akio Murakami, Seiji Akimoto, Ayumi Tanaka
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] The effect of chlorophyll degradation by SGR on senescence (2018)
  • 著者名/発表者名: Ying Chen, Yousuke Shimoda, Ayumi Tanaka, Hisashi Ito
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] クロロフィル a の Mg を脱離する酵素 SGR の触媒機構解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小畑大地、田中 歩、伊藤 寿
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの PSI-PSII 超複合体の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古川 亮、横野牧生、秋本誠志、藤田知道、高林厚史、田中 歩
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] クロロフィル合成酵素と光化学系 II アセンブリ複合体は相互作用をしているのか? (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋小春、明賀史純、小澤真一郎、篠崎一雄、高橋裕一郎、田中 歩、高林厚史、田中亮一
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Intracellular location of β-carotene ketolase in Haematococcus pluvialis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hyunseok Lim, Samuel Koh, Hisashi Ito, Szilvia Nagy, Taichi Takasuka, Ayumi Tanaka, Yoshiki Nishimura, Ryouichi Tanaka
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネstay-green突然変異体dye1の分子遺伝学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山谷浩史、上妻馨梨、中野道治、高見常明、加藤裕介、林 依子、門田有希、奥本 裕、阿部知子、熊丸敏博、田中 歩、坂本 亘、草場 信
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] SGR によるクロロフィル分解が引き起こすジャスモン酸とエチレンの増加 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村円香、松浦英幸、田中 歩、伊藤 寿
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Photoprotection mechanisms of the drought-tolerant Jatropha curcas plant (2018)
  • 著者名/発表者名: Helena Sapeta, Makio Yokono, Atsushi Takabayashi, Yoshifumi Ueno, Seiji Akimoto, Junko Kishimoto, Ayumi Tanaka, M. Margarida Oliveira, Ryouichi Tanaka
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 緑色植物のPSI-PSII超複合体 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横野牧生、高林厚史、岸本純子、藤田知道、岩井優和、村上明男、秋本誠志、田中歩
  • 学会等名: 第8回日本光合成学会年会およびシンポジウム
• [学会発表] Mg-dechelatase contributes to the formation and the degradation of photosystems. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka
  • 学会等名: Chloroplast Metabolism and Photosynthesis Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoprotection mechanisms of the drought-tolerant Jatropha curcas plant (2017)
  • 著者名/発表者名: Helena Sapeta, Makio Yokono, Atsushi Takabayashi, Seiji Akimoto, Junko Kishimoto, Ayumi Tanaka, M. Margarida Oliveira, Ryouichi Tanaka
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Deficiency of the Stroma-lamellar Protein LIL8/PSB33 Affects the Dynamics of Light-harvesting Complexes and Energy Transfer around Photosystem I in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Yukako Kato, Makio Yokono, Seiji Akimoto, Atsushi Takabayashi, Ayumi Tanaka, Ryouichi Tanaka
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] クロロフィル代謝の機能と進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 歩
  • 学会等名: 第 25 回 「光合成セミナー2017:反応中心と色素系の多様性」
  • 招待講演
• [学会発表] ストロマラメラに局在するLight-harvesting-likeタンパク質LIL8の機能解析。光合成に関する植物（シロイヌナズナ）の変異体を生化学的、分光学的に解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yukako Kato, Makio Yokono, Seiji Akimoto, Atsushi Takabayashi, Ayumi Tanaka, Ryouichi Tanaka
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] Intracellular localization of β-carotene ketolase in Haematococcus pluvialis (2017)
  • 著者名/発表者名: Samuel Wee Han Koh, Hisashi Ito, Ayumi Tanaka, Yoshiki Nishimura, Ryouichi Tanaka
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] The role of chlorophyll metabolism in the formation and degradation of photosystems (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka
  • 学会等名: 8th Asia and Oceania Conference on Photobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The function of SGR in the formation and degradation of photosystem II in Chlamydomonas reinhardtii. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ying Chen, Yousuke Shimoda, Hisashi Ito, Ayumi Tanaka
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] クロロフィル b 過剰蓄積植物株における細胞死の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古川亮、高林厚史、田中歩
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 窒素代謝制御因子 ACR11の生理的機能の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高林厚史、庭田章弘、永森彩奈、田中歩
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 光化学系 II アセンブリー因子 HCF173および LIL6は光化学系 II の修復に関与するか? (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂田啓、秋山雄希、高林厚史、明賀史純、篠崎一雄、田中歩、田中 亮一
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] SGRL は光阻害を抑制することで 黄化芽生えの緑化に寄与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 小畑大地、下田洋輔、田中歩、伊藤寿
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける ELIP の 機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 秋山雄希、横野牧生、秋本誠志、田中歩、田中亮一
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] クラミドモナスのクロロフィル分解酵素SGRの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田香織、下田洋輔、伊藤寿、田中歩
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] グルタミン酸合成を制御するタンパク質複合体の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 庭田章弘、高林 厚史、田中歩
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] 緑色植物における光捕集系の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古川亮、功刀基、井原邦夫、高林 厚史、田中歩
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナの SGR によるクロロフィル分解制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大野滉平、下田洋輔、伊藤寿、田中歩
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Is the iron-sulfur cluster biosynthesis protein SufB involved in chlorophyll synthesis and phytochrome signaling? (2016)
  • 著者名/発表者名: Xueyun Hu, Mike T. Page, Ayumi Tanaka, Matthew J. Terry, Ryouichi Tanaka
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Mg-dechelatase initiates chlorophyll degradation and controls the gene expression of chlorophyll metabolism. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka
  • 学会等名: International Symposium on Plant Signaling and Behavior 2016
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Acclimation of the photosynthetic apparatus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka
  • 学会等名: 17th International Congress on Photosynthesis Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナにおける高バイオマス変異体の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智亮、高林 厚史、田中 歩
  • 学会等名: 第34回日本植物細胞分子生物学会（上田）大会
• [学会発表] マグネシウム脱離酵素による植物の発育と遺伝子発現制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 歩
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] Identification of Mg-dechelatase essential for the degradation of photosystems. (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 歩
  • 学会等名: Yamada Conference International Symposium on Dynamics and Regulation of Photosynthesis
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム（奈良市）
  • 年月日: 2015-10-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酵素によるクロロフィルからのMgの脱離について (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤寿、下田洋輔、 松田香織、田中歩
  • 学会等名: 第23回光合成セミナー
  • 発表場所: 龍谷大学（京都市）
• [学会発表] 葉緑体機能改変によるステイグリーン植物の創出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 歩
  • 学会等名: 2015年度生物工学会北日本支部仙台シンポジウム「北日本から世界に発信する環境保全のためのバイオテクノロジー」
  • 発表場所: エル・パーク仙台（仙台市）
  • 招待講演
• [図書] 光と生命の事典 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 歩
  • 総ページ数: 436
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 北海道大学低温科学研究所生物適応研究室
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/plantadapt/top-j.html
• [備考] 北海道大学低温科学研究所生物適応研究室
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/plantadapt/index.html
• [備考] 生物適応研究室HP
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/plantadapt/index.html