概日リズムがもたらす光合成最適化の分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21K19282
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 得津 隆太郎 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (60613940)
• 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: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 概日リズム / 光合成

研究開始時の研究の概要

光合成反応は、地球生命を支える重要な生物反応です。しかし、自然界のような動的な光環境において光合成がどのようにして調整・最適化されているのか、その本質は未だ理解されていません。光合成反応に関わる主要な因子は、それぞれ個別の機能についての理解は進んでいるものの、それらを統合的に制御する分子基盤に不明な点が多く残されています。本研究では、光合成の統合的機能制御メカニズムの理解を目標とし、現在得られている予備的結果を足がかりにして概日リズムと光合成の間に存在するシグナル伝達機構の解明に挑戦します。

研究成果の概要

本研究では、概日リズムと光合成の間に存在するシグナル伝達機構の解明のため、概日リズム異常を示す変異体の表現型を相補するための形質転換用コンストラクトの作成、および形質転換による相補ラインを作出した。相補ラインに付与したエピトープタグを利用したクロマチン免疫沈降シーケンス（ChIP-seq）解析およびmRNA-seq解析の実施まで完了し、ChIP-seqとmRNA-seqに関する統合解析を行った結果、概日リズムと光合成機能最適化を関連付ける可能性を持つ因子を複数抽出することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

1990年代、分子遺伝学の発展を前に、光合成における概日リズムの重要性が報告された。しかし、そのような報告から20年以上経った今もなお、概日リズムがどのように光合成に寄与するのか、その分子機構の全容は明らかになっていない。応募者は最近の予備的実験から、光防御を制御する転写因子NF-Yが光依存的な概日リズム形成に寄与することを見出した。この現象は、従来行われてきた概日リズムの研究や集光アンテナ分子の発現制御研究から見出すことは難しく、これまで見過ごされてきた「光合成と概日リズムを結びつける」新たな分子機構と言える。