光化学系II修復の強光順化メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 15K07097
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 西山 佳孝 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30281588)
• 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: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 光合成 / 強光ストレス / タンパク質合成 / 翻訳因子 / 環境 / ストレス / 蛋白質 / 遺伝子

研究成果の概要

光化学系IIは強光に対する感受性が高く、強光下で容易に失活する。この光阻害現象に、タンパク質合成系の構成成分である翻訳因子EF-Tuの酸化が関与することをシアノバクテリアで明らかにした。強光下で発生した活性酸素によってEF-Tuのシステイン残基が酸化すると、タンパク質合成が抑制されて光化学系IIの修復が阻害されることが示唆された。一方、細胞が強光環境に順化すると、光化学系IIの強光耐性が増大する。この強光順化機構にEF-Tuの発現促進が関与していることを見出した。強光順化の際にEF-Tuを介してタンパク質合成系が機能強化され、光化学系IIの修復能力が増大することが示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)
• [国際共同研究] King Monkut's University of Technology(Thailand)
• [雑誌論文] ATP is a driving force in the repair of photosystem II during photoinhibition (2018)
  • 著者名/発表者名: Murata, N. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Environ. 巻: 41 号: 2 ページ: 285-299
  • DOI: 10.1111/pce.13108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation of Translation Factor EF-Tu Inhibits the Repair of Photosystem II. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jimbo H, Yutthanasirikul R, Nagano T, Hisabori T, Hihara Y, Nishiyama Y
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 176 号: 4 ページ: 2691-2699
  • DOI: 10.1104/pp.18.00037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of the GntR-family transcription factor Sll1961 with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kujirai, J., Nanba, S., Kadowaki, T., Oka, Y., Nishiyama, Y., Hayashi, Y., Arai, M. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 6666-6666
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25077-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adverse effects of strong light and nitrogen deficiency cell viability, photosynthesis, and motility of the red-tide dinoflagellate Karenia mikimotoi (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuasa, K., Shikata, T., Kuwahara, Y. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Phycologia 巻: 57(4) 号: 5 ページ: 525-533
  • DOI: 10.2216/17-61.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] The LexA transcription factor regulates fatty acid biosynthetic genes in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kizawa, A., Kawahara, A., Takashima, K., Takimura, Y., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 92(2) 号: 2 ページ: 189-198
  • DOI: 10.1111/tpj.13644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disturbance of cell-size determination by forced overproduction of sulfoquinovosyl diacylglycerol in the cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato, N., Ebiya, Y., Kobayashi, R., Nishiyama, Y. and Tsuzuki, M.
  • 雑誌名: Biochem. Biophy. Res. Commun. 巻: 487 号: 3 ページ: 734-739
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.04.129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpressed superoxide dismutase and catalase act synergistically to protect the repair of PSII during photoinhibition in Synechococcus elongatus PCC 7942 (2016)
  • 著者名/発表者名: Sae-Tang, P., Hihara, Y., Yumoto, I., Orikasa, Y., Okuyama, H. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 号: 9 ページ: 1899-1907
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw110
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Moderate heat stress stimulates repair of photosystem II during photoinhibition in Synechocystis sp. PCC 6803 (2016)
  • 著者名/発表者名: Ueno, M., Sae-Tang, P., Kusama, Y., Hihara, Y., Matsuda, M., Hasunuma, T. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57 号: 11 ページ: 2417-2426
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw153
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rapid acquisition of high-affinity DNA aptamer motifs recognizing microbial cell surfaces using polymer-enhanced capillary transient isotachophoresis (2016)
  • 著者名/発表者名: Saito, S., Hirose, K., Tsuchida, M., Wakui, K., Yoshimoto, K., Nishiyama, Y. and Shibukawa, M.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 52(3) 号: 3 ページ: 461-4
  • DOI: 10.1039/c5cc07268a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oxidation of a cysteine residue in elongation factor EF-Tu reversibly inhibits translation in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Jimbo, H., Hihara, Y., Kanamori, T., Ueda, T., Haruyama, T., Konno, H., Yoshida, K., Hisabori, T. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291(11) 号: 11 ページ: 5860-5870
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.706424
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A feed-forward loop consisting of the response regulator RpaB and the small RNA PsrR1 controls light acclimation of photosystem I gene expression in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki, T., Nagayama, R., Georg, J., Nishiyama, Y., Wilde, A., Hess, W. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57(4) 号: 4 ページ: 813-23
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw028
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] RNA-seq Profiling Reveals Novel Target Genes of LexA in the Cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kizawa A, Kawahara A, Takimura Y, Nishiyama Y, Hihara Y.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 7 ページ: 193-193
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Light spectrum regulates cell accumulation during daytime in the raphidophyte Chattonella antiqua causing noxious red tides (2016)
  • 著者名/発表者名: Shikata, T., Matsunaga, S., Kuwahara, Y., Iwahori, S. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. B Biol. 巻: 160 ページ: 128-133
  • DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2016.03.046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zeaxanthin and echinenone protect the repair of photosystem II from inhibition by singlet oxygen in Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kusama, Y., Inoue, S., Jimbo, H., Takaichi, S., Sonoike, K., Hihara, Y. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56(5) 号: 5 ページ: 906-916
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oxidation of translation factor EF-G transiently retards the translational elongation cycle in Escherichia coli (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagano, T., Yutthanasirikul, R., Hihara, Y., Hisabori, T., Kanamori, T., Takeuchi, N., Ueda, T. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: - 号: 2 ページ: 165-72
  • DOI: 10.1093/jb/mvv026
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of OmpR-family response regulators interacting with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki, T., Nishiyama, Y., Hisabori, T. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: PLos One 巻: 10(3) 号: 3 ページ: e0119107-e0119107
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0119107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of spontaneous suppressor mutants from the photomixotrophically-grown pmgA-disrupted mutant in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishijima, Y., Kanesaki, Y., Yoshikawa, H., Ogawa, T., Sonoike, K., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: - 号: 2-3 ページ: 465-475
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0143-8
  • 査読あり
• [学会発表] Redox regulation of translation and stress response of photosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Tokyo Tech CLS International Forum 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhanced expression of translation factor EF-Tu accelerates the repair of photosystem II during acclimation to strong light in Synechocystis sp. PCC 6803 (2018)
  • 著者名/発表者名: Jimbo, H., Izuhara, T., Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Tokyo Tech CLS International Forum 2018
• [学会発表] Characterization of PGRL1 in photoprotection of PSI in the green alga Chlamydomonas reinhardtii (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Tokyo Tech CLS International Forum 2018
• [学会発表] Redox regulation of translation and high-light response of photosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Department Seminar, University of California, Berkeley
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 赤潮藻類Karenia mikimotoiの生残、光合成、遊泳に及ぼす貧栄養と強光の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 湯浅光貴、紫加田知幸、西山佳孝
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナの光化学系II光阻害における葉緑体翻訳因子 EF-Tu の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 新庄梓、神保晴彦、熊木裕香、西山佳孝
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Chlamydomonas reinhardtii の PSI 光防御における PGRL1 の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 髙橋拓子、西山佳孝
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Synechocystis sp. PCC 6803の強光順化におけるPSII修復能力と翻訳因子EF-Tuの役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、出原太智、西山佳孝
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803 の超強光下における生存戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 出原太智、神保晴彦、高市真一、西山佳孝
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シアノバクテリア光化学系IIの修復における熱ショックタンパク質DnaK3の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河村大介、渡辺智、吉川博文、西山佳孝
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナ葉緑体翻訳因子EF-Tuの酸化傷害の分子機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 熊木裕香、小林達巧、西山佳孝
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] シアノバクテリア光化学系IIの光防御機構におけるオレンジカロテノイドプロテインの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋拓子、草間友里、李新祥、高市真一、伊藤繁、山川伯壽、西山佳孝
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスの葉緑体光応答におけるMAPキナーゼの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、西山佳孝、Krishna K. Niyogi
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 赤潮渦鞭毛藻Karenia mikimotoiの光合成に対する強光と貧栄養条件の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 湯浅光貴、紫加田知幸、西山佳孝
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島県鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 翻訳因子EF-Tuの酸化傷害と光化学系IIの修復阻害の関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、西山佳孝
  • 学会等名: 第8回日本光合成学会年会
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスのPSI光防御におけるPGRL1の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋拓子、曽根和樹、西山佳孝
  • 学会等名: 第8回日本光合成学会年会
• [学会発表] 光合成におけるカロテノイドの機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 翻訳因子のレドックス制御と光合成の強光応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2017
  • 招待講演
• [学会発表] Synechocystis sp. PCC 6803 における光化学系IIの強光順化機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、出原太智、西山佳孝
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2017
• [学会発表] シアノバクテリア光化学系IIの修復過程におけるオレンジカロテノイドプロテインの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋拓子、李新祥、山川伯壽、高市真一、伊藤繁、西山佳孝
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2017
• [学会発表] 光合成の環境応答におけるタンパク質合成系のレドックス制御の役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: ダイナミックアライアンスG3分科会
  • 発表場所: 北海道大学、北海道札幌市
  • 年月日: 2016-12-02
• [学会発表] Effects of temperature stress on photoinhibition of photosystem II in Synechocystis sp. PCC 6803 (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Finnish-Japanese Symposium 2016
  • 発表場所: Saariselka, Finland
  • 年月日: 2016-09-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Roles of the overexpression of orange carotenoid protein in the protection of photosystem II against photoinhibition in Synechocystis sp. PCC 6803 (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., Kusama, Y., Takaichi, S., Itoh, S., Yamakawa, H. and Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Finnish-Japanese Symposium 2016
  • 発表場所: Saariselka, Finland
  • 年月日: 2016-09-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Redox regulation of the repair of photosystem II under photoinhibition (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: The 17th International Photosynthesis Congress
  • 発表場所: Maastricht, The Netherlands
  • 年月日: 2016-08-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光合成システムの強光応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 分子研 CIMoSセミナー
  • 発表場所: 分子科学研究所、愛知県岡崎市
  • 年月日: 2016-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナ葉緑体翻訳因子EF-GとEF-Tuの酸化ストレス応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 熊木裕香、濱川菜桜、米山拓、西山佳孝
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学、岩手県盛岡市
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] 赤潮藻類における光化学系IIの強光と高温ストレスに対する応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桑原悠輔、紫加田知幸、西山佳孝
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学、岩手県盛岡市
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Synergistic effects of iron superoxide dismutase and catalase on the protection of photosynthesis to strong light in Synechococcus elongatus PCC 7942 (2016)
  • 著者名/発表者名: Penporn Sae-Tang, Yoshitaka Nishiyama
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学、岩手県盛岡市
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] 微細藻類における強光阻害現象 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 日本プランクトン学会シンポジウム「光環境を巡る植物プランクトンの生理生態学最前線」
  • 発表場所: 東京大学、東京都
  • 年月日: 2016-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation and protection of the repair of photosystem II under oxidative stress (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Nishiyama
  • 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、奈良県奈良市
  • 年月日: 2015-10-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photo-oxidative stress to photosynthesis: a new mechanism for photoinhibition of PSII and roles of reactive oxygen species (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Nishiyama
  • 学会等名: Special Seminar, King’s Mongkut University of Technology
  • 発表場所: King’s Mongkut University of Technology, Thonburi, Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 環境応答研究室
  • URL: http://park.saitama-u.ac.jp/~kankyo/index.html