シアノバクテリアの高温適応を制御する遺伝子の網羅的解析

• 研究課題/領域番号: 16013237
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 西山 佳孝 愛媛大学, 無細胞生命科学工学研究センター, 助教授 (30281588)
• 研究期間 (年度): 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2004年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
• キーワード: シアノバクテリア / 光合成 / 高温適応 / プロテオミクス / DNAマイクロアレイ / 情報伝達系

研究概要

本研究では、シアノバクテリアSynechocystis sp.PCC 6803を用いて光化学系IIの高温耐性を制御する因子を同定し、高温適応に関与する遺伝子を明らかにすることを目的とした。制御因子はチラコイド膜ルーメンに存在することが以前の研究により明らかになっているため、この画分に局在するタンパク質をプロテオミクスで解析し、候補となるタンパク質を絞った。
プロテオーム解析の結果、高温により量的に変化したタンパク質が221個確認され、このうちMALDI-TOF質量分析機により86個のタンパク質を同定できた。その中で、著しく存在量の増えたタンパク質は、機能未知の3つのタンパク質、NADH dehydrogenaseなどであった。本研究では、まず機能未知の3つのタンパク質(Sll0072,Slr1852,Slr1106)に着目し、遺伝子破壊法と生化学的解析により光化学系IIの高温耐性との関連を調べた。
Sll0072とSlr1106については遺伝子破壊株を作製することに成功した。このうちslr1106遺伝子破壊株では、光化学系IIの熱安定性が少し減少したため、Slr1106が高温耐性と関係していることが示唆された。これら3つのタンパク質を大腸菌で発現させた結果、Sll0072およびSlr1106は不溶化したが、Slr1852は可溶性画分に得られ、精製することができた。精製したSlr1852タンパク質をチラコイド膜と再構成させた結果、光化学系IIの熱安定性は変化しなかったことから、Slr1852は光化学系IIの高温耐性と関係がないことがわかった。
今後、Sll0072とSlr1106についてさらに詳細に解析し、光化学系IIの高温耐性との関連を明らかにしていく予定である。また、今回のプロテオーム解析で十分解析ができなかった低分子量タンパク質についても、再度プロテオーム解析を行う。さらに、現在進行中のマイクロアレイ解析とデータを照合して、高温適応に関与する遺伝子とそのネットワークを明らかにしていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Systematic analysis of the relation of electron transport and ATP synthesis to the photodamage and repair of photosystem II in Synechocystis (2005)
  • 著者名/発表者名: Allakhverdiev, S.I., Nishiyama, Y., Takahashi, S., Miyairi, S., Suzuki, I., Murata, N.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 137 ページ: 263-273
• [雑誌論文] Inhibition of the repair of photosystem II by oxidative stress in cyanobacteria (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I., Murata, N.
  • 雑誌名: Photosynth.Res. (印刷中)
• [雑誌論文] The two-step mechanism of photodamage to photosystem II : step one occurs at the oxygen-evolving complex and step two occurs at the photochemical reaction] (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi, N., Allakhverdiev, S.I., Takahashi, S., Higashi, S., Watanabe, M., Nishiyama, Y., Murata, N.
  • 雑誌名: Biochemistry (印刷中)
• [雑誌論文] Systematic characterization of the ADP-ribose pyrophosphatase family in the cyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803 (2005)
  • 著者名/発表者名: Okuda, K., Hayashi, H., Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. (印刷中)
• [雑誌論文] Singlet oxygen inhibits the repair of photosystem II by suppressing the translation elongation of the D1 protein in Synechocystis sp.PCC 6803 (2004)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I., Yamamoto, H., Hayashi, H., Murata, N.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 11321-11330
• [雑誌論文] Identification and characterization of NuhA, a novel Nudix hydrolase specific for ADP-ribose in the cyanobacterium Synechococcus sp.PCC 7002 (2004)
  • 著者名/発表者名: Okuda, K., Nishiyama.Y., Morita, E.H., Hayashi, H.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 1699 ページ: 245-252
• [図書] Advances in Photosynthesis and Respiration : Photoprotection, photoinhibition, gene regulation, and environments (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I., Murata, N.
  • 出版者: Kluwer Academic Publishers(印刷中)