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植物の非膜オルガネラを消失させる因子の大規模探索

研究課題

研究課題/領域番号 21K19145
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分40:森林圏科学、水圏応用科学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

山野 隆志  京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (70570167)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード非膜オルガネラ / 相分離 / クラミドモナス / ピレノイド / CO2濃縮機構 / 葉緑体
研究開始時の研究の概要

葉緑体内に発達するピレノイドは、地球上の炭素固定の約3割を担い、生物相の一次生産を根幹から支えるオルガネラである。ピレノイドを陸上植物に導入し、光合成を改良することで作物の生産性向上につなげようとする研究が進められているが、相分離するピレノイドの性質そのものの理解が十分ではないため成功していない。本研究において、ピレノイドをモデルとした相分離オルガネラの消失に関わる因子を同定することは、植物が陸上化に伴ってなぜピレノイドを消失していったのかという植物科学の大きな謎を明らかにするだけでなく、食糧問題の解決に向けた植物バイオマス生産の増大という喫緊の課題からも重要である。

研究成果の概要

本研究は、効率的な水圏光合成の駆動に非膜オルガネラであるピレノイドの消失機構の解明を目指した。モデル緑藻クラミドモナスのピレノイドのマーカーを発現する株にランダム変異を導入し、約15,000株のスクリーニングを行った結果、ピレノイドの数と位置に異常がある変異株を複数単離した。次世代シーケンサーを用いて変異の原因遺伝子の同定を進めるとともに、ピレノイドの分裂の高解像度タイムラプス観察系を立ち上げ、野生株と変異株のピレノイド分裂様式の差を定量化することに成功した。いくつかの変異株については、光合成に関する表現型解析を進め、ピレノイドの数を1つに規定する生理学的意義が見えてきた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、水中で効率的な光合成に重要なピレノイドという細胞内器官の消失機構の解明を目指したものである。クラミドモナスでピレノイドに目印を付け、ピレノイドが異常となった変異株を選抜し、その数や位置に異常のある株を複数単離した。原因遺伝子の特定や、高解像度顕微鏡によるピレノイド分裂様式の定量化にも成功した。本研究は、藻類がピレノイドを失った仕組みの理解を深めるとともに、将来的には陸上植物へのピレノイド導入による光合成効率の向上や、食料問題の解決につながる可能性を秘めている。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] POSTECH(韓国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Periplasmic carbonic anhydrase CAH1 contributes to high inorganic carbon affinity in<i>Chlamydomonas reinhardtii</i>2024

    • 著者名/発表者名
      Shimamura Daisuke、Ikeuchi Tomoaki、Tsuji Yoshinori、Fukuzawa Hideya、Yamano Takashi
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2024.03.04.583368

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] A pyrenoid-localized protein SAGA1 is necessary for Ca2+-binding protein CAS-dependent expression of nuclear genes encoding inorganic carbon transporters in Chlamydomonas reinhardtii2023

    • 著者名/発表者名
      Shimamura Daisuke、Yamano Takashi、Niikawa Yuki、Hu Donghui、Fukuzawa Hideya
    • 雑誌名

      Photosynthesis Research

      巻: - 号: 2 ページ: 181-192

    • DOI

      10.1007/s11120-022-00996-7

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] はじめに2023

    • 著者名/発表者名
      Yamano Takashi、Hirakawa Yoshihisa、Matsuzaki Ryo
    • 雑誌名

      PLANT MORPHOLOGY

      巻: 35 号: 1 ページ: 1-2

    • DOI

      10.5685/plmorphol.35.1

    • ISSN
      0918-9726, 1884-4154
    • 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
  • [雑誌論文] 相分離するCO<sub>2 </sub>濃縮オルガネラとしての緑藻ピレノイドの理解2023

    • 著者名/発表者名
      Yamano Takashi
    • 雑誌名

      PLANT MORPHOLOGY

      巻: 35 号: 1 ページ: 3-8

    • DOI

      10.5685/plmorphol.35.3

    • ISSN
      0918-9726, 1884-4154
    • 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
  • [雑誌論文] Light-driven Proton Pumps as a Potential Regulator for Carbon Fixation in Marine Diatoms2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshizawa Susumu、Azuma Tomonori、Kojima Keiichi、Inomura Keisuke、Hasegawa Masumi、Nishimura Yosuke、Kikuchi Masuzu、Armin Gabrielle、Tsukamoto Yuya、Miyashita Hideaki、Ifuku Kentaro、Yamano Takashi、Marchetti Adrian、Fukuzawa Hideya、Sudo Yuki、Kamikawa Ryoma
    • 雑誌名

      Microbes and environments

      巻: 38 号: 2 ページ: n/a

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME23015

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • 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] Hyperosmotic stress-induced microtubule disassembly in Chlamydomonas reinhardtii2022

    • 著者名/発表者名
      Ng Lee Mei、Komaki Shinichiro、Takahashi Hideyuki、Yamano Takashi、Fukuzawa Hideya、Hashimoto Takashi
    • 雑誌名

      BMC Plant Biology

      巻: 22 号: 1 ページ: 46-46

    • DOI

      10.1186/s12870-022-03439-6

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Characterization of a CO2-Concentrating Mechanism with Low Sodium Dependency in the Centric Diatom Chaetoceros gracilis2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yoshinori、Kusi-Appiah George、Kozai Noriko、Fukuda Yuri、Yamano Takashi、Fukuzawa Hideya
    • 雑誌名

      Marine Biotechnology

      巻: 23 号: 3 ページ: 456-462

    • DOI

      10.1007/s10126-021-10037-4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CO2-dependent migration and relocation of LCIB, a pyrenoid-peripheral protein in <i>Chlamydomonas reinhardtii</i>2021

    • 著者名/発表者名
      Yamano Takashi、Toyokawa Chihana、Shimamura Daisuke、Matsuoka Toshiki、Fukuzawa Hideya
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 188 号: 2 ページ: 1081-1094

    • DOI

      10.1093/plphys/kiab528

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The <i>Chlamydomonas</i> bZIP transcription factor BLZ8 confers oxidative stress tolerance by inducing the carbon-concentrating mechanism2021

    • 著者名/発表者名
      Choi Bae Young、Kim Hanul、Shim Donghwan、Jang Sunghoon、Yamaoka Yasuyo、Shin Seungjun、Yamano Takashi、Kajikawa Masataka、Jin EonSeon、Fukuzawa Hideya、Lee Youngsook
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: 34 号: 2 ページ: 910-926

    • DOI

      10.1093/plcell/koab293

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Pyrenoid-based CO2-concentrating mechanism in green alga Chlamydomonas reinhardtii2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yamano
    • 学会等名
      第2回 理研CSRS ”Carbon neutrality and the beyond” ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-resolution observation of the algal pyrenoid, a CO2-concentrating and phase-separated organelle, during cell division2024

    • 著者名/発表者名
      Koujirou Matsuo, Takashi Yamano
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] A pyrenoid-localized protein SAGA1 is necessary for Ca2+-binding protein CAS-dependent expression of nuclear genes encoding inorganic carbon transporters2023

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Shimamura, Yuki Niikawa, Donghui Hu, Hideya Fukuzawa, Takashi Yamano
    • 学会等名
      The 20th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas (Chlamy2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ピレノイドをモデルとした相分離オルガネラ形成異常変異株の単離と解析2023

    • 著者名/発表者名
      増田 夢佳、小峠 達大、松尾 光治良、山野 隆志
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] クラミドモナスのCO2濃縮機構を抑制するCobW-likeドメインを有するタンパク質の機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      見市 静香、嶋村 大亮、安田 詢子、福澤 秀哉、山野 隆志
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ピレノイドをモデルとした相分離オルガネラ形成異常変異株の単離と解析2023

    • 著者名/発表者名
      増田 夢佳、小峠 達大、松尾 光治良、得津 隆太郎、山野 隆志
    • 学会等名
      第17回クラミドモナス研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ペリプラズム局在型炭酸脱水酵素CAH1は無機炭素親和性の上昇に寄与する2023

    • 著者名/発表者名
      嶋村 大亮、池内 友彰、辻 敬典、福澤 秀哉、山野 隆志
    • 学会等名
      第17回クラミドモナス研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 細胞分裂時におけるピレノイド動態の高解像度観察2023

    • 著者名/発表者名
      松尾 光治良、小峠 達大、山野 隆志
    • 学会等名
      第17回クラミドモナス研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] クラミドモナスのピレノイド個数異常株を用いた相分離オルガネラ個数決定機構の研究2023

    • 著者名/発表者名
      増田 夢佳、小峠 達大、松尾 光治良、得津 隆太郎、山野 隆志
    • 学会等名
      第38回ユーグレナ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 緑藻クラミドモナスの無機炭素濃縮機構を制御する新規タンパク質の同定2023

    • 著者名/発表者名
      嶋村 大亮、見市 静香、安田 詢子、山原 洋佑、中野 博文、中野 雄司、山上 あゆみ、福澤 秀哉、山野 隆志
    • 学会等名
      第38回ユーグレナ研究会・若手の会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] クラミドモナスのピレノイド個数異常株を用いた相分離オルガネラ個数決定機構の研究2023

    • 著者名/発表者名
      増田 夢佳、小峠 達大、松尾 光治良、得津 隆太郎、山野 隆志
    • 学会等名
      第19回京大植物縦横無尽の会 ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 緑藻クラミドモナスの無機炭素濃縮機構を制御する新規タンパク質の同定2023

    • 著者名/発表者名
      嶋村 大亮、見市 静香、安田 詢子、山原 洋佑、中野 博文、中野 雄司、山上 あゆみ、福澤 秀哉、山野 隆志
    • 学会等名
      第19回京大植物縦横無尽の会 ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 細胞分裂時におけるピレノイド動態の高解像度観察2023

    • 著者名/発表者名
      松尾 光治良、小峠 達大、山野 隆志
    • 学会等名
      第19回京大植物縦横無尽の会 ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] クラミドモナスのCO2濃縮機構を抑制するCobW-WWドメインタンパク質の機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      見市 静香、嶋村 大亮、安田 詢子、福澤 秀哉、山野 隆志
    • 学会等名
      第19回京大植物縦横無尽の会 ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Functional analysis of LCI15, which suppresses the CO2-concentrating mechanism in the green algae Chlamydomonas reinhardtii2023

    • 著者名/発表者名
      Shizuka Miichi, Daisuke Shimamura, Junko Yasuda, Takashi Yamano, Hideya Fukuzawa
    • 学会等名
      19th International Student Seminar
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Isolation and Characterization of Liquid-Liquid Phase Separated Pyrenoid Mutants with the Aberrant Morphology in the Green Alga Chlamydomonas reinhardtii2023

    • 著者名/発表者名
      Yumeka Masuda, Tatsuhiro Kotoge, Hideya Fukuzawa, Takashi Yamano
    • 学会等名
      19th International Student Seminar
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クラミドモナスのCO2濃縮機構を抑制するCobW-WWドメインタンパク質の局在と機能2023

    • 著者名/発表者名
      見市 静香、嶋村 大亮、安田 詢子、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第16回クラミドモナス研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] クラミドモナスにおけるピレノイド形成異常変異株の単離と解析2023

    • 著者名/発表者名
      増田 夢佳、小峠 達大、福澤 秀哉、山野 隆志
    • 学会等名
      第16回クラミドモナス研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 緑藻のMYB型転写因子LCR1が制御する炭酸脱水酵素とCO2チャネルによるCO2濃縮機構の駆動2023

    • 著者名/発表者名
      池内 友彰、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第16回クラミドモナス研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ピレノイドに局在するSAGA1 タンパク質はCa2+結合性タンパク質CASによる無機炭素輸送体の遺伝子発現に必要である2023

    • 著者名/発表者名
      嶋村 大亮、新川友貴、HU Donghui、山野隆志、福澤秀哉
    • 学会等名
      第16回クラミドモナス研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] CO2-dependent migration and relocation of LCIB, a pyrenoid-peripheral protein in Chlamydomonas reinhardtii2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yamano
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Inorganic Carbon Utilization by Aquatic Photosynthetic Organisms
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Abnormal pyrenoid morphology due to the SAGA1 mutation affects CAS-dependent gene expression and CAS localization in Chlamydomonas reinhardtii2022

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Shimamura, Takashi Yamano, Yuuki Niikawa, Hu Donghui, Hideya Fukuzawa
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Inorganic Carbon Utilization by Aquatic Photosynthetic Organisms
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 緑藻ピレノイドの相分離現象とCO2濃縮2022

    • 著者名/発表者名
      山野 隆志
    • 学会等名
      日本植物学会 第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] CO2濃縮機構を制御する緑藻クラミドモナスのWWドメイン含有タンパク質2022

    • 著者名/発表者名
      嶋村 大亮、安田 詢子、大垣 美萌、山原 洋佑、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      日本植物学会 第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 液-液相分離する緑藻ピレノイドの1細胞高解像度観察2022

    • 著者名/発表者名
      山野 隆志、小峠 達大、 福澤 秀哉
    • 学会等名
      ユーグレナ研究会第37回研究集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] CO2濃縮機構を制御する緑藻クラミドモナスのWWドメイン含有タンパク質2022

    • 著者名/発表者名
      嶋村 大亮、安田 詢子、大垣 美萌、山原 洋佑、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第18回京大植物縦横無尽の会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 緑藻クラミドモナスのCO2濃縮機構を制御するCCM1/CBP1複合体の機能2022

    • 著者名/発表者名
      安田 詢子、嶋村 大亮、大垣 美萌、山原 洋佑、中野 博文、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 緑藻クラミドモナスが持つピレノイドの形態変化はCO2濃縮機構に関わる遺伝子の発現に影響を与える2022

    • 著者名/発表者名
      嶋村 大亮、新川 友貴、胡 東輝、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 液-液相分離する緑藻ピレノイドのCO2濃度変化における動態解析2022

    • 著者名/発表者名
      小峠 達大、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 緑藻クラミドモナスのCO2濃縮機構を制御するCCM1の新規機能ドメインとモチーフの探索2022

    • 著者名/発表者名
      大垣 美萌、嶋村大亮、山野隆志、福澤秀哉
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ツノケイソウChaetoceros gracilisはNa+への依存度が低いCO2濃縮機構を有する2021

    • 著者名/発表者名
      辻 敬典、George Kusi-Appiah、香西 紀子、福田 有里、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第21回マリンバイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Pyrenoid-localized protein SAGA1 is required for the expression of some CCM-related genes2021

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Shimamura, Yuki Niikawa, Donghui HU, Takashi Yamano, Hideya Fukuzawa
    • 学会等名
      19th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 1細胞高解像度イメージングにより得られた緑藻ピレノイドの細胞分裂時のダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      小峠 達大、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      日本植物学会 第85回大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] FRAP法を用いた液-液相分離する緑藻ピレノイドの動態解析2021

    • 著者名/発表者名
      小峠 達大、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第17回京大植物縦横無尽の会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 緑藻クラミドモナスのCO2濃縮機構を制御するCCM1/CBP1複合体の機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      安田 詢子、嶋村 大亮、山原 洋佑、山野 隆志、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第17回京大植物縦横無尽の会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [図書] 緑藻のピレノイドとCO2濃縮機構2024

    • 著者名/発表者名
      山野 隆志
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      月刊アグリバイオ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [図書] 『独立栄養細菌によるCO2資源化技術』 第Ⅱ編第18章 シアノバクテリアのCO2濃縮機構2023

    • 著者名/発表者名
      山野 隆志
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 微生物細胞機構学分野HP

    • URL

      https://www.molecule.lif.kyoto-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/tyamano

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 研究代表者の研究室ホームページ

    • URL

      https://www.molecule.lif.kyoto-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
  • [備考] 京大プレスリリース「葉緑体タンパク質が働く場所を変化させ光合成の能力を柔軟に維持する仕組みを発見」

    • URL

      https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-12-23-2

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2025-01-30  

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