クラミドモナス走光性を指標にした植物レドックス恒常性維持分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K14752
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 若林 憲一 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80420248)
• 研究協力者: 久堀 徹 ; 吉田 啓亮 ; 植木 紀子
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 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: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 走光性 / レドックス / 鞭毛・繊毛 / 緑藻 / クラミドモナス / 光合成 / 鞭毛

研究成果の概要

細胞内には還元的に保たれるレドックス恒常性が機能している。しかし、呼吸活性や光合成活性の変化によって酸化的になったり、過剰に還元的になったりと変化する。我々は、緑藻クラミドモナスの細胞内が酸化的になると正の走光性、過剰に還元的になると負の走光性を示すことを指標にして、走光性と細胞内レドックス状態の関係が崩れているミュータントの単離に成功した。これらの株には光合成活性が低下するという異常があった。残念ながら期間中に原因遺伝子の同定にはいたらなかったが、葉緑体の中で起きている現象が細胞の運動方向を規定するという興味深い現象を見出すことができた。今後原因遺伝子の解明を急ぐ。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的には、葉緑体チラコイド膜で起きている現象（還元力伝達の遅滞）が、細胞全体が示す運動方向の異常につながるという新奇現象を見出したことが大きな意義である。この分子メカニズムを明らかにすることができれば、野外における有用藻類培養の効率化や、有害藻類の駆除などに応用できる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Detergent-Extracted Volvox model exhibits an anterior-posterior gradient in flagellar Ca2+ sensitivity (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueki N, Wakabayashi K.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 115 号: 5
  • DOI: 10.1073/pnas.1715489115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assessment of the flagellar redox potential in Chlamydomonas reinhardtii using a redox-sensitive fluorescent protein, Oba-Qc. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugiura K, Nishimaki Y, Owa M, Hisabori T, Wakabayashi K.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 503 ページ: 2083-2088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thioredoxin regulates G6PDH activity by changing redox states of OpcA in the nitrogen-fixing cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 (2018)
  • 著者名/発表者名: Mihara S, Wakao H, Yoshida K, Higo A, Sugiura K, Tsuchiya A, Nomata J, Wakabayashi KI, Hisabori T.
  • 雑誌名: Biochem J. 巻: 475 号: 6 ページ: 1091-1105
  • DOI: 10.1042/bcj20170869
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phototaxis Assay for Chlamydomonas reinhardtii (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueki Noriko、Wakabayashi Ken-ichi
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 7 号: 12
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2356
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 緑藻クラミドモナスの走光性と細胞レンズ効果 ―藻類の「眼」の赤い色の役割― (2017)
  • 著者名/発表者名: 植木紀子、若林憲一
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 55 ページ: 366-368
  • NAID: 130006742901
• [雑誌論文] 緑藻クラミドモナスの鞭毛運動と光行動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 若林憲一、中島昌子、井手隆広、植木紀子
  • 雑誌名: 日本プランクトン学会報 巻: 64 ページ: 61-66
  • NAID: 130007609952
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Morphological Type of Volvox from Japanese Large Lakes and Recent Divergence of this Type and V. ferrisii in Two Different Freshwater Habitats. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nozaki H, Ueki N, Isaka N, Saigo T, Yamamoto K, Matsuzaki R, Takahashi F, Wakabayashi K, Kawachi M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 11 ページ: e0167148-e0167148
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0167148
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of the agg1 mutation responsible for negative phototaxis in a "wild-type" strain of Chlamydomonas reinhardtii (2016)
  • 著者名/発表者名: Ide, T., Mochiji, S., Ueki, N., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Hirono, M., Wakabayashi, K.
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 7 ページ: 379-385
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2016.07.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [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] Analysis of a mutant showing strong positive phototaxis in the green alga Chlamydomonas reinhardtii (2019)
  • 著者名/発表者名: 法元悠一郎、岡島圭佑、中島昌子、植木紀子、山口勝司、重信秀治、皆川純、久堀徹、若林憲一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 緑藻テトラバエナの光行動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丹野明日翔、新垣陽子、得津隆太郎、皆川純、吉村建二郎、野崎久義、久堀徹、若林憲一
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] 微細藻類の鞭毛運動と光行動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 若林憲一
  • 学会等名: ニコンイメージングセンター学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] More (or Less) Light: Phototaxis in Chlamydomonas and Volvox (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: Gordon Research Conference "Photosensory Receptors and Signal Transduction"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] More (or less) light: Phototaxis in Chlamydomonas and Volvox (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: Gordon Research Conference “Photo-sensing and signaling cascade”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] プラナリア繊毛におけるダイニンサブユニット機能の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 久次史花, Ramila Patel-King, 久堀徹, Stephen M. King, 若林憲一
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] ボルボックス目緑藻テトラバエナの光行動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丹野明日翔, 中島昌子, 植木紀子, 新垣陽子, 吉村建二郎, 野崎久義, 久堀徹, 若林憲一
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] クラミドモナスの回避反応と重力走性におけるTRPチャネルの役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田晃子、吉田愛美、安齋幸祐、若林憲一、吉村建二郎
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] クラミドモナスのγ-tubulin 優性突然変異 bld13 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中澤友紀 、堀井麻央 、渡辺早紀 、大月萌子 、苗加彰 、若林憲一 、廣野雅文
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 神戸・神戸国際会議場
  • 年月日: 2017-01-06
• [学会発表] クラミドモナスにおける走光性の正負と「利き鞭毛」の関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中島昌子 、植木紀子 、若林憲一
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 神戸・神戸国際会議場
  • 年月日: 2017-01-06
• [学会発表] Flagellar regulation for phototactic turning in Chlamydomonas and Volvox (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: International Workshop Dynein 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional analysis of outer-arm dynein subunits in the planarian Schmidtea mediterranea (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Kyuji, Ramila Patel-King, Toru Hisabori, Ken-ichi Wakabayashi, Stephen M. King
  • 学会等名: International Workshop Dynein 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Photomovements in Chlamydomonas and Volvox (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: International Symposium on "Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ボルボックス目緑藻テトラバエナの光行動能の検定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丹野 明日翔, 中島 昌子, 植木 紀子, 新垣 陽子, 吉村 建二郎, 野崎 久義, 久堀 徹, 若林 憲一
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] クラミドモナス走光性におけるカロテノイドの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 若林憲一
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Anabaena sp. PCC 7120のチオレドキシン還元酵素およびチオレドキシンの機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 見原 翔子 吉田 啓亮 若林 憲一 久堀 徹
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 緑藻の光行動における鞭毛運動調節：クラミドモナスとボルボックス (2017)
  • 著者名/発表者名: 植木紀子、若林憲一
  • 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γ-tubulin 優性突然変異 bld13 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中澤友紀、堀井麻央、渡辺早紀、大月萌子、苗加彰、若林憲一、廣野雅文
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] クラミドモナスにおける走光性の正負と「利き鞭毛」の関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中島昌子、植木紀子、若林憲一
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] ボルボックスのカルシウム依存的繊毛打逆転と走光性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 植木紀子、若林憲一
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
• [学会発表] Photo-behavior in green algae: how light modulates flagellar motility (2017)
  • 著者名/発表者名: Masako Nakajima, Noriko Ueki, Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: 光合成科学：エネルギーとバイオマス
  • 発表場所: 横浜・東工大すずかけホール
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Modulation of flagellar motility during phototactic turning in Chlamydomonas (2016)
  • 著者名/発表者名: Masako Nakajima, Noriko Ueki, Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: The 28th CDB Meeting: Cilia and Centrosomes: Current Advances and Future Directions
  • 発表場所: 神戸・理研CDB
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] The molecular toolbox for building axonemal microtubules (2016)
  • 著者名/発表者名: Mikito Owa, Takayuki Uchihashi, Haruaki Yanagisawa, Takashi Yamano, Hiro Iguchi, Hideya Fukuzawa, Ken-ichi Wakabayashi, Toshio Ando, Masahide Kikkawa
  • 学会等名: The 28th CDB Meeting: Cilia and Centrosomes: Current Advances and Future Directions
  • 発表場所: 神戸・理研CDB
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスの走光性発現メカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 若林憲一
  • 学会等名: 遺伝研研究会「水圏微生物のエネルギー利用戦略とその相互作用に関する研究会」
  • 発表場所: 三島・遺伝研
  • 年月日: 2016-11-03
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization and quantification of the redox potential in the Chlamydomonas flagella (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Nishimaki, Kazunori Sugiura, Toru Hisabori, Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: The 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • 発表場所: 京都・京都国際会館
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Eyespot-dependent determination of the phototactic sign in Chlamydomonas reinhardtii (2016)
  • 著者名/発表者名: Noriko Ueki, Takahiro Ide, Shota Mochiji, Yuki Kobayashi, Ryutaro Tokutsu, Norikazu Ohnishi, Katushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Kan Tanaka, Jun Minagawa, Toru Hisabori, Masafumi Hirono, Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: The 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • 発表場所: 京都・京都国際会館
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Isolation of a non-phototactic Chlamydomonas mutant that shows alternate flagellar beatings (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Koitabashi, Masako Nakajima, Noriko Ueki, Kogiku Shiba, Takashi Ymano, Hideya Fukuzawa, Inaba Kazuo, Toru Hisabori, Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: The 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • 発表場所: 京都・京都国際会館
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of the agg1 mutation responsible for negative phototaxis in a "wild-type" strain of Chlamydomonas reinhardtii (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Ide, Shota Mochuji, Noriko Ueki, Katsushi Yamaguchi, Shuji Shigenobu, Masafumi Hirono, Ken-ichi Wakabayashi
  • 学会等名: The 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • 発表場所: 京都・京都国際会館
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [図書] Dyneins: Structure, Biology and Disease 2nd ed. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueki N, Wakabayashi, K. (共著、Stephen M. King編）
  • 総ページ数: 1147
  • 出版者: Elsevier Inc.
• [備考] 久堀若林研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~junkan/Hisabori_HomePage/index.html
• [備考] 久堀・若林研究室ホームページ
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~junkan/Hisabori_HomePage/index.html
• [備考] 久堀・若林研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~junkan/Hisabori_HomePage/index.html