クロロフィル代謝の統合的理解と新展開

• 研究課題/領域番号: 24370017
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子生物・生理学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 田中 歩 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (10197402)
• 研究分担者: 高林 厚史 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (90546417)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2012年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 色素体機能 / 光合成 / クロロフィル / 代謝 / 酵素 / 常緑 / 細胞死

研究成果の概要

クロロフィル代謝は植物にとって必須の代謝系である。本研究では、①クロロフィル代謝に関わる全遺伝子の同定、②調節機構の解明、③クロロフィル代謝の多機能性の解明、④クロロフィル代謝経路の誕生と進化の解明、⑤応用研究への展開を目的に研究を進めた。その結果、クロロフィル代謝で、最後まで不明であった酵素、Mg-脱離酵素の同定に成功した。一方、進化の過程でどのように新しい代謝系が誕生するかは、生物進化の中心的な課題である。この課題にクロロフィル代謝経路を材料に進めた。その結果、酵素が持っている広い基質特性と柔軟な反応性が、新しい代謝経路の誕生に重要な役割を担っていることを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] A megacomplex composed of both photosystem reaction centres in higher plants. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yokono M, Takabayashi A, Akimoto S and Tanaka A
  • 雑誌名: nature communications 巻: 26:6 号: 1 ページ: 6675-6675
  • DOI: 10.1038/ncomms7675
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Chlorophyll b Reductase NOL Participates in Regulating the Antenna Size of Photosystem II in Arabidopsis Thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: Jia T, Ito H and Tanaka A
  • 雑誌名: Procedia Chemistry 巻: 14 ページ: 422-427
  • DOI: 10.1016/j.proche.2015.03.057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reexamination of Chlorophyllase Function Implies Its Involvement in Defense against Chewing Herbivores. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hu X, Makita S, Schelbert S, Sano S, Ochiai M, Tsuchiya T, Hasegawa SF, Hortensteiner S, Tanaka A and Tanaka R
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 167(3) 号: 3 ページ: 660-670
  • DOI: 10.1104/pp.114.252023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accumulation of NON-YELLOW COLORING 1 protein of the chlorophyll cycle requires chlorophyll b in Arabidopsis thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: Jia T, Ito H, Hu X and Tanaka A
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 81(4) 号: 4 ページ: 586-596
  • DOI: 10.1111/tpj.12753
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of an Arabidopsis heat-sensitive mutant reveals that chlorophyll synthase is involved in reutilization of chlorophyllide during chlorophyll turnover. (2014)
  • 著者名/発表者名: Lin YP, Lee TY, Tanaka A and Charng YY
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 80(1) 号: 1 ページ: 14-26
  • DOI: 10.1111/tpj.12611
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chlorophyllide a oxidoreductase works as one of divinyl reductase specifically in bacteriochlorophyll a biosynthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Harada, T. Mizoguchi, Y. Tsukatani, M. Yokono, A. Tanaka, H. Tamiaki
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 号: 18 ページ: 12716-12726
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.546739
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] chlB requirement for chlorophyll biosynthesis under short photoperiod in Marchantia polymorpha L. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueda M, Tanaka A, Sugimoto K, Shikanai T and Nishimura Y
  • 雑誌名: Genome Biol Evol. 巻: 6(3) 号: 3 ページ: 620-628
  • DOI: 10.1093/gbe/evu045
  • NAID: 120005458285
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolution of a new chlorophyll metabolic pathway driven by the dynamic changes in enzyme promiscuous activity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ito H and Tanaka A
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 55(3) 号: 3 ページ: 593-603
  • DOI: 10.1093/pcp/pct203
  • NAID: 120005572420
  • 査読あり
• [雑誌論文] cPPB-aE is discovered from photosynthetic benthic dinoflagellates. (2014)
  • 著者名/発表者名: Norico Yamada,Ayumi Tanaka,Takeo Horiguchi
  • 雑誌名: Journal of Phycology 巻: 50 号: 1 ページ: 101-107
  • DOI: 10.1111/jpy.12135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional Analysis of Light-harvesting-like Protein 3(LIL3) and Its Light-harvesting Chlorophyll-binding Motif in Arabidopsis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaori Takahashi, Atsushi Takabayashi, Ayumi Tanaka, Ryouichi Tanaka
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 号: 2 ページ: 987-999
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.525428
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Specific gene bciD for C7-methyl oxidation in bacteriochlorophyll e biosynthesis of brown-colored green sulfur bacteria (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Harada, T. Mizoguchi, S. Satoh, Y. Tsukatani, M. Yokono, M. Noguchi, A. Tanaka, H. Tamiaki
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 号: 4 ページ: 60026-60026
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0060026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein co-migration database (PCoM -DB) for Arabidopsis thylakoids and Synechocystis cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Takabayashi, Ryosuke Kadoya, Masayoshi Kuwano, Katsunori Kurihara, Hisashi Ito, Ryouichi Tanaka, Ayumi Tanaka
  • 雑誌名: SpringerPlus 巻: 2(148) 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1186/2193-1801-2-148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolutionary changes in chlorophyllide a oxygenase (CAO) structure contribute to the acquisition of a new light-harvesting complex in Micromonas (2013)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Kunugi, Atsushi Takabayashi, and Ayumi Tanaka
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 288 号: 27 ページ: 19330-19341
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.462663
  • NAID: 120005326743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stay-Green Plants: What do they tell us about the molecular mechanism of leaf senescence (2013)
  • 著者名/発表者名: Kusaba M, Tanaka A and Tanaka R
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 117 号: 1-3 ページ: 221-234
  • DOI: 10.1007/s11120-013-9862-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple extraction methods that prevent the artifactual conversion of chlorophyll to chlorophyllide during pigment isolation from leaf samples (2013)
  • 著者名/発表者名: Hu X, Tanaka A, and Tanaka R
  • 雑誌名: Plant Methods 巻: 2013, 9:19 号: 1 ページ: 19-19
  • DOI: 10.1186/1746-4811-9-19
  • NAID: 120005316990
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of a Phylogenetic Tree of Photosynthetic Prokaryotes Based on Average Similarities of Whole Genome Sequences. (2013)
  • 著者名/発表者名: Soichirou Satoh,Mamoru Mimuro,Ayumi Tanaka
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8(7)
  • 査読あり
• [雑誌論文] NYC4, the rice ortholog of Arabidopsis THF1, is involved in the degradation of chlorophyll-protein complexes during leaf senescence. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamatani, H.
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 74 号: 4 ページ: 652-662
  • DOI: 10.1111/tpj.12154
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of chlorophyll b to chlorophyll a precedes magnesium dechelation for protection against necrosis in Arabidopsis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimoda Y, Ito H, Tanaka A
  • 雑誌名: Plant journal 巻: 72 号: 3 ページ: 501-511
  • DOI: 10.1111/j.1365-313x.2012.05095.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chlorophyll b Reductase Plays an Essential Role in Maturation and Storability of Arabidopsis thaliana Seeds. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakajima S, Ito H, Tanaka R, Tanaka A
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 160 号: 1 ページ: 261-273
  • DOI: 10.1104/pp.112.196881
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chlorophyll metabolism in photosynthetic organisms. (2012)
  • 著者名/発表者名: Tanaka R, Takabayashi A, Ito H and Tanaka A
  • 雑誌名: Handbook of Porphyrin Science 巻: 20 ページ: 213-242
  • DOI: 10.1142/9789814335508_fmatter05
  • 査読あり
• [雑誌論文] クロロフィル合成系の多様性はいかにして生まれたか? (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤寿、田中歩、田中亮一
  • 雑誌名: 光合成研究 巻: 22 ページ: 98-105
  • 査読あり
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるChl b分解に対するSGR の機能検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松田香織、下田洋輔、伊藤寿、田中歩
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Evolution of green plants accompanied the changes in light-harvesting systems (2015)
  • 著者名/発表者名: 功刀基、高林厚史、田中歩
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Comprehensive detection of chloroplastic protein complexes revealed the novel regulator of nitrogen metabolisms (2015)
  • 著者名/発表者名: 高林厚史、田中歩
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Chlorophyll b Can be Synthesized from Pre-existing Chlorophyll a in Photosystems in Arabidopsis thaliana (2015)
  • 著者名/発表者名: JIA Ting、伊藤寿、田中歩
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] A chemical-inducible gene silencing system reveals the essential role of the SufBC2D complex for iron-sulfur cluster assembly in plastids (2015)
  • 著者名/発表者名: 胡学運、田中歩、田中亮一
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Evolution of chlorophyll metabolism and light-harvesting system in cyanobacteria and green algae (2014)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka
  • 学会等名: 3rd Asia-Oceania Algae Inovation Summit
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] Light-harvesting-like proteinによるgeranylgeranyl reductaseの局在化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高橋香織、高林厚史、田中歩、田中亮一
  • 学会等名: 第24回イソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス50周年記念館
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] シロイヌナズナ完全長 cDNA 高発現系による新規ステイグリーンの探索と解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智亮，高林 厚史，田中 歩
  • 学会等名: 第5回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 近畿大学農学部
  • 年月日: 2014-05-31
• [学会発表] 環境適応のための光化学系の進化とクロロフィル合成酵素(CAO)の進化は関係しているのか？ (2014)
  • 著者名/発表者名: 功刀 基，高林 厚史，田中 歩
  • 学会等名: 第5回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 近畿大学農学部
  • 年月日: 2014-05-31
• [学会発表] ユビキチンリガーゼATL31 及びATL6 の二重変異体は光強度依存的なHemA1の転写抑制による黄化現象を呈する (2014)
  • 著者名/発表者名: 前川 修吾，高林 厚史，山本 宏子，田中 歩，佐藤 長緒，山口 淳二
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山市）
• [学会発表] クラミドモナスにおける光化学系II欠損体の機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 下田洋輔、伊藤寿、高林厚史、田中歩
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山市）
• [学会発表] Chlorophyllide a還元酵素で新たに見出されたC8 位ビニル還元活性の進化的意義 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗、溝口正、塚谷祐介、横野牧生、田中歩、民秋均
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山市）
• [学会発表] ラン藻におけるProtoporphyrinogen IX oxidase 遺伝子の多様性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木幡亮哉、村上明男、藤田祐一、伊藤寿、田中歩、田中亮一
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山市）
• [学会発表] Characterization of a HemN homolog encoding an oxygen-independent coporoporphyrinogen III oxidase-related protein in Arabidopsis thaliana (2014)
  • 著者名/発表者名: 秋山 雄希，田中 歩，田中 亮一
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山市）
• [学会発表] The Role of NOL and NYC1 in the Acclimation to High Light Conditions in Arabidopsis thaliana (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 玲惟，伊藤 寿，田中 歩
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山市）
• [学会発表] Light-harvesting like protein 3 (LIL3) がもつLHC motif のクロロフィル結合能の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高橋 香織，高林 厚史，田中 歩，田中 亮一
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山市）
• [学会発表] Possible involvement of chlorophyllase in a plant defense system (2013)
  • 著者名/発表者名: Xueyun Hu, Masanori Oshiai, Tohru Tsuchiya, Stefan Hortensteiner,
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山市)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるlight-harvesting-likeタンパク質LIL8の機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤由佳子、高林厚史、田中歩、田中亮一
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山市)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるlight- harvesting-like protein, LIL3の機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋香織、高林厚史、田中歩、田中亮一
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山市)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] Chlorophyllide a oxygenase(CAO)のnegative feedback 制御における A ドメインの機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森恭一郎、高林厚史、田中歩
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山市)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] シロイヌナズナのクロロフィルb還元酵素の強光適応における機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤玲惟、伊藤寿、田中歩
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山市)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 植物を創る (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中歩
  • 学会等名: 第137回顕真館公開講演会
  • 発表場所: 龍谷大学（京都市）
  • 招待講演
• [学会発表] 光をキャッチー藻類から陸上植物までの光補足装置の進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中歩
  • 学会等名: 第13回 RIBSバイオサイエンスシンポジウム＆日本光合成学会公開講座
  • 発表場所: 岡山国際交流センター（岡山市）
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of chlorophyll metabolic pathway by enzyme promiscuity (2013)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka, Hisashi Ito
  • 学会等名: The 6th Asia & Oceania Conference on Photobiology
  • 発表場所: Novotel Sydney Central(Australia)
  • 招待講演
• [学会発表] Evolutionary modification of chlorophyllide a oxygenase in Micromonas (2013)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka
  • 学会等名: The 16th International Congress on Photosynthesis Researc
  • 発表場所: Washington University(USA)
• [学会発表] ラン藻のクロロフィル代謝系酵素の進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿、田中 歩
  • 学会等名: 第4回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（名古屋市）
• [学会発表] Chlorophyllide a oxygenase (CAO)の制御ドメインは反応中心へのChl bの取り込みを制御しているのか？ (2013)
  • 著者名/発表者名: 功刀基
  • 学会等名: 第4回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（名古屋市）
• [学会発表] 3,8-Divinyl Chlorophyllide Reductaseから見たクロロフィル代謝系の進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿、田中 歩
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] 渦鞭毛藻の光合成色素組成は生活形態に応じて獲得される (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田規子、田中 歩、 Stuart D. Sym、堀口健雄
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] シロイヌナズナのクロロフィル b 還元酵素を用いた強光適応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 玲惟、伊藤 寿、田中 歩
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] クロロフィル合成酵素の光化学系の進化への寄与 (2013)
  • 著者名/発表者名: 功刀 基、高林 厚史、田中 歩
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] シロイヌナズナにおける 2 つのフェロキラターゼアイソフォームによるヘム分配機構の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 増田 建、Espinas Nino、小林 康一、佐藤 康、 高橋 香織、田中 亮一、望月 伸悦
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] Co-regulation of the enzymes of the chlorophyll cycle in Arabidopsis (2013)
  • 著者名/発表者名: Ting Jia、伊藤 寿、田中 歩
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] Simple extraction methods that prevent the artifactual conversion of chlorophyll to chlorophyllide during pigment isolation from leaf samples (2013)
  • 著者名/発表者名: 胡 学運、田中 歩、田中 亮一
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] ラン藻におけるProtoporphyrinogen IX oxidase 遺伝子の多様性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木幡 亮哉、伊藤 寿、藤田 祐一、田中 歩、 田中 亮一
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] 植物に嫌気型Coproporphyrinogen III oxidase は存在するか (2013)
  • 著者名/発表者名: 秋山 雄希、田中 歩、田中 亮一;
  • 学会等名: 日本植物学会第77回大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] Degradation of chlorophyll and chlorophyll-protein complexes (2012)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Tanaka
  • 学会等名: Okayama University International Symposium "Structure and Dynamics of Photosynthetic Systems"
  • 発表場所: 岡山大学(岡山市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-22
• [学会発表] ight- harvesting-like proteinによるgeranylgeranyl reductaseの安定化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高橋香織. 高林厚史、田中歩、田中亮一
  • 学会等名: ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 新潟大学(新潟市)
  • 年月日: 2012-09-29
• [学会発表] 緑藻の色素タンパク質複合体の生化学的手法を用いた網羅的解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 功刀基、高林厚史、田中歩
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 珪藻のクロロフィル合成の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤寿、田中歩
  • 学会等名: 日本藻類学会第36回大会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2012-07-14
• [学会発表] クロロフィルb合成酵素CAOのユニークな分子進化と光合成の多様化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 功刀基、高林厚史、田中歩
  • 学会等名: 第3回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学(横浜市)
  • 年月日: 2012-06-01
• [備考] 北海道大学低温科学研究所生物適応研究室
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/plantadapt/index.html
• [備考] 生物適応研究室HP
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/plantadapt/index.html
• [備考]
  • URL: http://www._lowtem._hokudai._ac._jp/plantadapt/index._Html