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酸素発生型光合成を制御する新規プロトン膜透過機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K06276
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分44030:植物分子および生理科学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

増田 真二  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30373369)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード葉緑体 / シロイヌナズナ / 光合成 / チラコイド膜 / プロトン / シアノバクテリア
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、酸素発生型光合成生物に特異的に保存されている葉緑体包膜の光駆動型H+透過機構の実体を明らかにし、カルビン回路や吸収した余剰な光エネルギーを熱として安全に消去する「非光化学消光」(Non-Photochemical Quenching: NPQ)を制御する新たな仕組みを世界に先駆け明らかにすることである。得られる知見は、光エネルギー利用効率が改善した植物の開発に応用できる。

研究実績の概要

本研究では、これまで筆者らが同定した、葉緑体包膜に局在しプロトンの膜透過を光依存的に行うDLDG1とYcf10、さらに葉緑体の包膜とチラコイド膜の両方に局在するFLAP1の遺伝学的・生化学的解析を進めることで、これら新規因子に依存した新たなプロトン膜移動の存在とその機能を明らかにすることを目指す。今年度の成果を以下にまとめる。

1)FLAP1の相互作用因子の同定: 先に作出したプロテインA(ProA)を融合したFLAP1を発現するシロイヌナズナ株を用いて、可溶化したチラコイド膜画分よりProA-FLAP1を精製を試みた。さまざまな界面活性剤をチラコイド膜の可溶化に供したところ、ジギトニンがProA-FLAP1を比較的よく可溶化させることがわかった。
2)dldg1変異体のサプレッサー変異体の単離: サプレッサー変異体のゲノムリシーケンシングのデータをもとに絞り込んだ遺伝子に着目し、そのWT遺伝子をそれぞれの相補体に導入することで、緑が回復した表現型がdldg1のペールグリーンの表現型に戻るかを指標に、サプレッサー変異体の原因遺伝子を確定することを目指した。その結果、葉緑体コード型RNAポリメラーゼ複合体のサブユニットをコードする遺伝子内にその原因変異があることがわかった。
3)シアノバクテリアの解析: 先に作出したpH指示タンパク質Luphinを発現させた各変異体を用いて、光照射に伴う細胞質のpH変化をリアルタイムでモニターすることで、各遺伝子産物の、光照射時の細胞質におけるpH変化に及ぼす影響を明らかにすることを試みた。その結果、WTにおいて、光照射時に細胞外pHが減少する時間帯では細胞内pHが上昇し、その後細胞外pHが上昇する時間帯では細胞内pHが減少することがわかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

おおむね予定された研究を実施することができたため。

今後の研究の推進方策

これまでの成果を踏まえ、来年度は以下の実験を遂行する。

1)FLAP1の相互作用因子の同定: 先に作出したプロテインA(ProA)を融合したFLAP1を発現するシロイヌナズナ株よりチラコイド膜画分を精製し、ジギトニンによりProA-FLAP1を可溶化させ、その複合体の精製を試みる。精製後、質量分析によりFLAP1と相互作用しているタンパク質の同定を目指す。
2)dldg1変異体のサプレッサー変異体の単離: dldg1変異を相補する、葉緑体コード型RNAポリメラーゼ複合体のサブユニットをコードする遺伝子内の原因変異の解析を行う。具体的には、この遺伝子のノックアウト変異体を取り寄せ、dldg1との二重変異体を作出し、その機能解析を行う。
3)シアノバクテリアの解析: pH指示タンパク質Luphinを、FLAP1, DLDG1のシアノバクテリアホモログ(FlpA, DlgA, PxcA)変異体に導入し、それら変異体内における細胞内pH変化の光依存性を精査する。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Arabidopsis mutants lacking DLDG1 and non-photochemical quenching-related proteins reveal the regulatory role of DLDG1 in chloroplast pH homeostasis.2023

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, K. and Masuda, S.
    • 雑誌名

      FEBS Lett.

      巻: 597 号: 13 ページ: 1761-1769

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14687

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] DLDG1に依存した葉緑体内pHの制御は葉緑体遺伝子の発現制御に重要である2024

    • 著者名/発表者名
      田上ひかる、鈴木花実, 増田真二
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] 光応答性プロトン膜透過機構のシアノバクテリア細胞内pHへの影響2024

    • 著者名/発表者名
      町田 亮人、越後茜、近藤久益子、久堀徹、増田 真二
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Plastidial pH is regulated by the evolutionary-conserved light-dependent H+ translocation mechanism that functions across the chloroplast envelope membranes2023

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Tagami, Mai Duy Luu Trinh, Akane Echigo, Shinji Masuda
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Significance of the plastidial stringent response for controlling chloroplast metabolism and plant growth2023

    • 著者名/発表者名
      Shinji Masuda
    • 学会等名
      US-Japan Binational Photosynthesis Workshop, 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シアノバクテリア細胞膜間の光依存的なH+輸送による細胞内pH制御2023

    • 著者名/発表者名
      越後茜、稲子晴也、近藤久益子、久堀徹、増田真二
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 葉緑体包膜で機能するH+膜輸送最適化因子DLDG1がチラコイド膜内腔のpHに与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      片岡日向子、Mai Duy Luu Trinh、三宅親弘、増田真二
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] P700の酸化を制御する鉄硫黄タンパク質TCRの循環的電子伝達に果たす役割2023

    • 著者名/発表者名
      佐野 史明, Mai Duy Luu Trinh, 増田 真二
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 葉緑体のpH制御に異常を来すdldg1の抑圧変異体単離とその解析2022

    • 著者名/発表者名
      田上ひかる、増田真二
    • 学会等名
      第12回日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Chloroplast pH homeostasis as a signal for regulated photosynthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Shinji Masuda
    • 学会等名
      米国植物生理学会(Plant Biology 22)
    • 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] Characterization of evolutionally conserved mechanism of proton translocation across the chloroplast envelope-membrane and cytoplasmic membrane of cyanobacteria2022

    • 著者名/発表者名
      Akane Echigo, Hikaru Tagami, Shinji Masuda
    • 学会等名
      国際光合成会議(ニュージーランド)
    • 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] Physiological implications of light-controllable proton-translocation across chloroplast envelope and cyanobacterial cytoplasmic membranes by FLAP1, DLDG1 and Ycf10 homologs2022

    • 著者名/発表者名
      Shinji Masuda
    • 学会等名
      International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Regulation
    • 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] Isolation and characterization of tobacco and Arabidopsis null mutants of the plastid-encoded Ycf102022

    • 著者名/発表者名
      Elham Esmailpourmoghadam, Mai Duy Luu Trinh and Shinji Masuda
    • 学会等名
      International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Regulation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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