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極限環境下に生きる光合成微生物の生存戦略の解明―その分光学と構造生物学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 20H02856
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分37010:生体関連化学
研究機関茨城大学

研究代表者

大友 征宇  茨城大学, 基礎自然科学野, 教授 (10213612)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワード光合成 / 光捕集 / エネルギー移動 / 光電変換
研究開始時の研究の概要

光合成微生物の生存にとって最も重要な器官の一つである光捕集反応中心超分子複合体(LH1-RC)は、特異な分光学的性質とユニークな立体構造をもつ。本研究では、様々な極限環境下に生きる光合成細菌(好熱、好冷、好塩、好アルカリ、好酸など)を用いて、光捕獲と光電変換を司るLH1-RC複合体の特異な分光学的挙動と、それをもたらす構造的要因を原子レベルで解明することを目的とする。本研究で得られる知見から、実用性の高い高効率の集光アンテナと光電変換素子の作成ならびに人工光合成システムの構築に対して根拠となる設計指針を与える。

研究成果の概要

本研究では、これまで確立した好熱性光合成細菌由来の光捕集反応中心超分子複合体(LH1-RC)の分光学と構造学的研究を発展させ、様々な極限環境下に生息する光合成微生物が太陽の光エネルギーを巧みに利用する生存戦略の一端、とりわけ光合成膜と光捕集複合体の多彩な分光学的挙動とそれを司る構造基盤を原子レベルで解明し、構造と機能の相関関係をより広い範囲で議論できる基礎を築いた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光合成細菌から単離された光合成色素タンパク質は通常その菌体の生息環境に最も見合った安定な構造を取り、最適化された分光学的特徴を示すことから、本研究から得られた知見は様々な極限環境下に生きる光生物の光合成初期過程における励起エネルギーの伝達機構、反応中心における光誘起電荷分離機構の解明に役立つだけでなく、将来の工学的応用を見据えた人工光合成における高効率のアンテナと光電変換素子の構築に対しても根拠となる設計指針を与えるものと考えられる。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022 2020

すべて 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 16件、 査読あり 19件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] High-resolution structure and biochemical properties of the LH1-RC photocomplex from the model purple sulfur bacterium, Allochromatium vinosum2024

    • 著者名/発表者名
      Tani Kazutoshi、Kanno Ryo、Harada Ayaka、Kobayashi Yuki、Minamino Akane、Takenaka Shinji、Nakamura Natsuki、Ji Xuan-Cheng、Purba Endang R.、Hall Malgorzata、Yu Long-Jiang、Madigan Michael T.、Mizoguchi Akira、Iwasaki Kenji、Humbel Bruno M.、Kimura Yukihiro、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 7 号: 1 ページ: 176-176

    • DOI

      10.1038/s42003-024-05863-w

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Selective expression of light-harvesting complexes alters phospholipid composition in the intracytoplasmic membrane and core complex of purple phototrophic bacteria2023

    • 著者名/発表者名
      Satoh I.、Gotou K.、Nagatsuma S.、Nagashima K.V.P.、Kobayashi M.、Yu L.-J.、Madigan M.T.、Kimura Y.、Wang-Otomo Z.-Y.
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics

      巻: 1864 号: 4 ページ: 149001-149001

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2023.149001

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Genomic basis for the unique phenotype of the alkaliphilic purple nonsulfur bacterium Rhodobaca bogoriensis2023

    • 著者名/発表者名
      Madigan Michael T.、Bender Kelly S.、Sanguedolce Sophia A.、Parenteau Mary N.、Mayer Marisa H.、Kimura Yukihiro、Wang-Otomo Zheng-Yu、Sattley W. Matthew
    • 雑誌名

      Extremophiles

      巻: 27 号: 2 ページ: 19-19

    • DOI

      10.1007/s00792-023-01304-4

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] New insights on the photocomplex of Roseiflexus castenholzii revealed from comparisons of native and carotenoid-depleted complexes2023

    • 著者名/発表者名
      Qi Chen-Hui、Wang Guang-Lei、Wang Fang-Fang、Xin Yueyong、Zou Mei-Juan、Madigan Michael T.、Wang-Otomo Zheng-Yu、Ma Fei、Yu Long-Jiang
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 299 号: 8 ページ: 105057-105057

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.105057

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Rhodobacter capsulatus forms a compact crescent-shaped LH1-RC photocomplex2023

    • 著者名/発表者名
      Tani Kazutoshi、Kanno Ryo、Ji Xuan-Cheng、Satoh Itsusei、Kobayashi Yuki、Hall Malgorzata、Yu Long-Jiang、Kimura Yukihiro、Mizoguchi Akira、Humbel Bruno M.、Madigan Michael T.、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 846-846

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36460-w

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Advances in the Spectroscopic and Structural Characterization of Core Light-Harvesting Complexes from Purple Phototrophic Bacteria2023

    • 著者名/発表者名
      Kimura Yukihiro、Tani Kazutoshi、Madigan Michael T.、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 127 号: 1 ページ: 6-17

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c06638

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Atomic force microscopic analysis of the light-harvesting complex 2 from purple photosynthetic bacterium Thermochromatium tepidum2023

    • 著者名/発表者名
      Morimoto Masayuki、Hirao Haruna、Kondo Masaharu、Dewa Takehisa、Kimura Yukihiro、Wang-Otomo Zheng-Yu、Asakawa Hitoshi、Saga Yoshitaka
    • 雑誌名

      Photosynthesis Research

      巻: - 号: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1007/s11120-023-01010-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An LH1-RC photocomplex from an extremophilic phototroph provides insight into origins of two photosynthesis proteins2022

    • 著者名/発表者名
      Tani Kazutoshi、Kanno Ryo、Kurosawa Keigo、Takaichi Shinichi、Nagashima Kenji V. P.、Hall Malgorzata、Yu Long-Jiang、Kimura Yukihiro、Madigan Michael T.、Mizoguchi Akira、Humbel Bruno M.、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1 ページ: 1197-1197

    • DOI

      10.1038/s42003-022-04174-2

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Major Carotenoids of Meiothermus ruber Are Deinoxanthin Glucoside Esters, Not Meiothermoxanthin Glucoside Esters2022

    • 著者名/発表者名
      Asaka Ryo、Ohshima Kazuki、Kawasaki Shinji、Maoka Takashi、Tode Chisato、Wang-Otomo Zheng-Yu、Takaichi Shinichi
    • 雑誌名

      Journal of Natural Products

      巻: 85 号: 10 ページ: 2266-2273

    • DOI

      10.1021/acs.jnatprod.2c00271

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Asymmetric structure of the native Rhodobacter sphaeroides dimeric LH1?RC complex2022

    • 著者名/発表者名
      Tani Kazutoshi、Kanno Ryo、Kikuchi Riku、Kawamura Saki、Nagashima Kenji V. P.、Hall Malgorzata、Takahashi Ai、Yu Long-Jiang、Kimura Yukihiro、Madigan Michael T.、Mizoguchi Akira、Humbel Bruno M.、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 1904-1904

    • DOI

      10.1038/s41467-022-29453-8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Carotenoid Single-Molecular Singlet Fission and the Photoprotection of a Bacteriochlorophyll b-Type Core Light-Harvesting Antenna2022

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yan、Qi Chen-Hui、Yamano Nami、Wang Peng、Yu Long-Jiang、Wang-Otomo Zheng-Yu、Zhang Jian-Ping
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 13 号: 16 ページ: 3534-3541

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.2c00519

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Ca2+-binding motif underlies the unusual properties of certain photosynthetic bacterial core light-harvesting complexes2022

    • 著者名/発表者名
      Tani Kazutoshi、Kobayashi Kazumi、Hosogi Naoki、Ji Xuan-Cheng、Nagashima Sakiko、Nagashima Kenji V.P.、Izumida Airi、Inoue Kazuhito、Tsukatani Yusuke、Kanno Ryo、Hall Malgorzata、Yu Long-Jiang、Ishikawa Isamu、Okura Yoshihiro、Madigan Michael T.、Mizoguchi Akira、Humbel Bruno M.、Kimura Yukihiro、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: - 号: 6 ページ: 101967-101967

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.101967

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Salt- and pH-dependent thermal stability of photocomplexes from extremophilic bacteriochlorophyll b-containing Halorhodospira species.2022

    • 著者名/発表者名
      Kimura, Y., Nakata, K., Nojima, S., Takenaka, S., Madigan, M. T. & Wang-Otomo, Z.-Y.
    • 雑誌名

      Microoganisms

      巻: 10 ページ: 959-959

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Identification of metal-sensitive structural changes in the Ca<sup>2+</sup>-binding photocomplex from <i>Thermochromatium tepidum</i> by isotope-edited vibrational spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Kimura Yukihiro、Imanishi Michie、Li Yong、Yura Yuki、Ohno Takashi、Saga Yoshitaka、Madigan Michael T.、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 156 号: 10 ページ: 105101-105101

    • DOI

      10.1063/5.0075600

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Allochromatium tepidum, sp. nov., a hot spring species of purple sulfur bacteria.2022

    • 著者名/発表者名
      Madigan, M.T., Absher, J.N., Mayers, J.E., Asao, M., Jung, D.O., Bender, K.S., Kempher, M.L., Hayward, M.K., Sanguedolce, S.A., Brown, A.C., Takaichi, S., Kurokawa, K., Toyoda, A., Mori, H., Tsukatani, Y., Wang-Otomo, Z.Y., Ward, D.M., and Sattley, W.M.
    • 雑誌名

      Archives of Microbiology

      巻: 204 号: 1 ページ: 115-115

    • DOI

      10.1007/s00203-021-02715-7

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cryo-EM structure of a Ca2+-bound photosynthetic LH1-RC complex containing multiple αβ-polypeptides2020

    • 著者名/発表者名
      Tani Kazutoshi、Kanno Ryo、Makino Yuki、Hall Malgorzata、Takenouchi Mizuki、Imanishi Michie、Yu Long-Jiang、Overmann Jorg、Madigan Michael T.、Kimura Yukihiro、Mizoguchi Akira、Humbel Bruno M.、Wang-Otomo Zheng-Yu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 4955-4955

    • DOI

      10.1038/s41467-020-18748-3

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Lycopene-Family Carotenoids Confer Thermostability on Photocomplexes from a New Thermophilic Purple Bacterium2020

    • 著者名/発表者名
      Seto Ryuta、Takaichi Shinichi、Kurihara Toshiyuki、Kishi Rikako、Honda Mai、Takenaka Shinji、Tsukatani Yusuke、Madigan Michael T.、Wang-Otomo Zheng-Yu、Kimura Yukihiro
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 59 号: 25 ページ: 2351-2358

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.0c00192

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The two light-harvesting membrane chromoproteins of Thermochromatium tepidum expose distinct robustness against temperature and pressure2020

    • 著者名/発表者名
      Kangur Liina、Ratsep Margus、Timpmann K.、Wang-Otomo Zheng-Yu、Freiberg Arvi
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics

      巻: 1861 号: 8 ページ: 148205-148205

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2020.148205

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct injection of pigment-protein complexes and membrane fragments suspended in water from phototrophs to C18 HPLC2020

    • 著者名/発表者名
      Takaichi Shinichi、Okoshi Akira、Otomo Seiu、Misumi Masahiro、Sonoike Kintake、Harada Jiro
    • 雑誌名

      Photosynthesis Research

      巻: 144 号: 1 ページ: 101-107

    • DOI

      10.1007/s11120-020-00735-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 昨年発表した「紅色細菌の昇温培養に対するカロテノイド生合成系の調節」のその後2022

    • 著者名/発表者名
      大友征宇
    • 学会等名
      光合成セミナー2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 極限環境下に生息する紅色細菌の光捕集複合体の多様性2020

    • 著者名/発表者名
      大友征宇
    • 学会等名
      第5回光合成細菌ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 光合成細菌2020

    • 著者名/発表者名
      浅井智広、井上和仁、大友征宇、嶋田敬三、高市真一、塚谷祐介、永島賢治、原田二朗、平石明
    • 総ページ数
      320
    • 出版者
      裳華房
    • ISBN
      9784785358709
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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