光合成超分子複合体を駆使した消光メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 15H05599
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 得津 隆太郎 基礎生物学研究所, 環境光生物学研究部門, 助教 (60613940)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2016年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2015年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 環境応答 / 光防御 / 光合成 / 環境適応 / 光化学系 / 光化学系超複合体 / ストレス応答

研究成果の概要

本研究では、ほぼ全ての光合成生物が持つ光防御反応（NPQ）のメカニズム解明を目指して研究を進めた。陸上植物と類似した光合成システムを持つ単細胞緑藻を用いることで、これまで不明であったNPQを駆動するタンパク質複合体の単離を試みた。その結果、実に様々な光合成タンパク質複合体が異なる形式でNPQを駆動することがわかり、これまでNPQと言われていた光防御反応は複数の生体反応の組み合わせにより起きていることが明らかとなってきた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

自然界では時として光合成の許容量を上回る強度の光が降り注ぐ。このような過剰な光は、光合成生物の生存を脅かす危険なエネルギーとなり得る。このような危険なエネルギーを安全に処理するために、植物や藻類はNPQと呼ばれる光防御メカニズムを持っている。本研究では、単細胞緑藻を用いて光防御メカニズムを遺伝子・タンパク質レベルで解き明かした。この結果を利用することで、日照量・強度が過剰になりがちな環境においても効率的な光合成生産を維持可能な光合成生物（作物・燃料藻類）の創出が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Isolation of photoprotective signal transduction mutants by systematic bioluminescence screening in Chlamydomonas reinhardtii. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokutsu R, Fujimura-Kamada K, Yamasaki T, Matsuo T, Minagawa J
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 9(1) 号: 1 ページ: 2820-2820
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39785-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ten antenna proteins are associated with the core in the supramolecular organization of the photosystem I supercomplex in Chlamydomonas reinhardtii (2019)
  • 著者名/発表者名: Kubota-Kawai Hisako、Burton-Smith Raymond N、Tokutsu Ryutaro、Song Chihong、Akimoto Seiji、Yokono Makio、Ueno Yoshifumi、Kim Eunchul、Watanabe Akimasa、Murata Kazuyoshi、Minagawa Jun
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 12 ページ: 4304-4314
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.006536
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation on the Thermodynamic Dissociation Kinetics of Photosystem II Supercomplexes To Determine the Binding Strengths of Light-Harvesting Complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kim Eunchul、Tokutsu Ryutaro、Minagawa Jun
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 122 号: 5 ページ: 1627-1630
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b12417
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] LHCSR1-dependent fluorescence quenching is mediated by excitation energy transfer from LHCII to photosystem I inChlamydomonas reinhardtii (2018)
  • 著者名/発表者名: Kosuge Kotaro、Tokutsu Ryutaro、Kim Eunchul、Akimoto Seiji、Yokono Makio、Ueno Yoshifumi、Minagawa Jun
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: in press 号: 14 ページ: 3722-3727
  • DOI: 10.1073/pnas.1720574115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescence lifetime analyses reveal how the high light-responsive protein LHCSR3 transforms PSII light-harvesting complexes into an energy-dissipative state (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim Eunchul、Akimoto Seiji、Tokutsu Ryutaro、Yokono Makio、Minagawa Jun
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 292 号: 46 ページ: 18951-18960
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.805192
  • 査読あり
• [雑誌論文] A blue light photoreceptor mediates the feedback regulation of photosynthesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Petroutsos D, Tokutsu R, Maruyama S, Flori S, Greiner A, Magneschi L, Cusant L, Kottke T, Mittag M, Hegemann P, Finazzi G and Minagawa J.
  • 雑誌名: Nature 巻: 537 号: 7621 ページ: 563-566
  • DOI: 10.1038/nature19358
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chloroplast-mediated regulation of CO2-concentrating mechanism by Ca2+-binding protein CAS in the green alga Chlamydomonas reinhardtii (2016)
  • 著者名/発表者名: L. Wang, T. Yamano, S. Takane, Y. Niikawa, C. Toyokawa, S. Ozawa, R. Tokutsu, Y. Takahashi, J. Minagawa, Y. Kanesaki, H. Yoshikawa, and H. Fukuzawa
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 113 号: 44 ページ: 12586-12591
  • DOI: 10.1073/pnas.1606519113
  • NAID: 120006425865
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Eyespot-dependent determination of the phototactic sign in Chlamydomonas reinhardtii (2016)
  • 著者名/発表者名: Ueki, N., Ide, T., Mochiji, S., Kobayashi, Y., Tokutsu, R., Ohnishi, N., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Tanaka, K., Minagawa, J., Hisabori, T., Hirono, M., Wakabayashi, K.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 印刷中 号: 19 ページ: 5266-5304
  • DOI: 10.1073/pnas.1525538113
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Phosphorylation of light harvesting complex II controls the spillover between photosystems (2018)
  • 著者名/発表者名: Tokutsu Ryutaro、Kim Eunchul、Akimoto Seiji、Yokono Makio、Konomi Kamada、Norikazu Ohnishi、Akimasa Watanabe、Minagawa Jun
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 過剰な光を受け流す光合成超分子複合体 (2017)
  • 著者名/発表者名: 得津隆太郎
  • 学会等名: 第19回植物オルガネラワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] The molecular functions of LHCII phosphorylation during state transitions (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryutaro Tokutsu, Eunchul Kim, Seiji Akimoto, Konomi Kamada, Norikazu Ohnishi, Jun Minagawa
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 光合成タンパク質複合体のダイナミクスおよび環境応答の仕組み (2015)
  • 著者名/発表者名: 得津隆太郎
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター・新潟県新潟市
  • 年月日: 2015-09-06
  • 招待講演
• [学会発表] The role of STT7 kinase during state transitions in Chlamydomonas reinhardtii (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryutaro Tokutsu and Jun Minagawa
  • 学会等名: Gordon Research Conference : Photosynthesis
  • 発表場所: Bentley University in Waltham MA United States
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] 多様な光環境における光合成タンパク質超複合体のダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 得津隆太郎
  • 学会等名: 第6回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 岡山国際交流センター・岡山県岡山市
  • 年月日: 2015-05-22
  • 招待講演
• [備考] 研究成果論文が科学誌に受理されました！！(2018年3月)
  • URL: http://chlamynibb.blogspot.jp/2018/03/20183.html
• [備考] 研究成果論文が科学誌に受理されました！！(２０１８年１月)
  • URL: http://chlamynibb.blogspot.jp/2018/01/
• [備考] 研究成果論文が科学誌に受理されました！！(2017年10月)
  • URL: http://chlamynibb.blogspot.jp/2017/09/blog-post_29.html