光合成の強光ストレス傷害からの再生機構

• 研究課題/領域番号: 24570039
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 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: 埼玉大学
• 研究代表者: 西山 佳孝 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30281588)
• 研究分担者: 高橋 康弘 埼玉大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10154874)
• 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: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2012年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 光合成 / ストレス / タンパク質合成 / 翻訳因子 / ストレス応答 / 強光ストレス / カロテノイド

研究成果の概要

光合成の光阻害に関して、研究代表者らはこれまでに1) 強光下で発生する活性酸素が光化学系IIの修復を阻害すること、2) 活性酸素が修復に必要なタンパク質合成を阻害すること、3) タンパク質合成系の中で翻訳因子EF-Gが活性酸素の標的になることを明らかにした。本研究では、1) シアノバクテリアでは他の翻訳因子EF-Tuも活性酸素の標的となり、Cys82で分子間ジスルフィド結合やスルフェン酸を形成して失活すること、2) Cys82をセリンに改変したEF-Tuを発現させると光化学系IIの強光耐性が増大すること、3) シロイヌナズナ葉緑体翻訳因子EF-GやEF-Tuも酸化標的になることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of OmpR-family response regulators interacting with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki, T., Nishiyama, Y., Hisabori, T. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: PLos One 巻: 10(3) 号: 3 ページ: e0119107-e0119107
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0119107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Zeaxanthin and echinenone protect the repair of photosystem II from inhibition by singlet oxygen in Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kusama, Y., Inoue, S., Jimbo, H., Takaichi, S., Sonoike, K., Hihara, Y. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56(5) 号: 5 ページ: 906-916
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oxidation of translation factor EF-G transiently retards the translational elongation cycle in Escherichia coli (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagano, T., Yutthanasirikul, R., Hihara, Y., Hisabori, T., Kanamori, T., Takeuchi, N., Ueda, T. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: - 号: 2 ページ: 165-72
  • DOI: 10.1093/jb/mvv026
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of spontaneous suppressor mutants from the photomixotrophically-grown pmgA-disrupted mutant in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishijima, Y., Kanesaki, Y., Yoshikawa, H., Ogawa, T., Sonoike, K., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: - 号: 2-3 ページ: 465-475
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0143-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revised scheme for the mechanism of photoinhibition and its application to enhance the abiotic stress tolerance of the photosynthetic machinery (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. and Murata, N.
  • 雑誌名: Appl. Microbiol. Biotechnol. 巻: 98(21) 号: 21 ページ: 8777-8796
  • DOI: 10.1007/s00253-014-6020-0
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The effects of dark incubation on cellular metabolism of the wild type and the mutant lacking the transcriptional regulator cyAbrB2 in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hanai, M., Sato, Y., Miyagi, A., Kawai-Yamada, M., Tanaka, K., Kaneko, Y., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Life 巻: 4(4) 号: 4 ページ: 770-787
  • DOI: 10.3390/life4040770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Okuyama, H. and Nishiyama, Y. (2013) Expression of a highly active catalase VktA in the cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 alleviates the photoinhibition of photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: Jimbo, H., Noda, A., Hayashi, H., Nagano, T., Yumoto, I., Orikasa, Y., Okuyama, H. and Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: 117 号: 1-3 ページ: 509-515
  • DOI: 10.1007/s11120-013-9804-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the Plastidic Phosphate Translocators in the Inducible Crassulacean Acid Metabolism Plant <i>Mesembryanthemum crystallinum</i> (2013)
  • 著者名/発表者名: Kore-eda, S., Nozawa, A., Okada, Y., Takashi, K., Azad, M.A.K., Ohnishi, J., Nishiyama, Y. and Tozawa, Y.
  • 雑誌名: Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ， Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ａｎｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ 巻: 77 号: 7 ページ: 1511-1516
  • DOI: 10.1271/bbb.130174
  • NAID: 10031190461
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deletion of the transcriptional regulator cyAbrB2 deregulates primary carbon metabolism in Synechocystis sp. PCC 6803. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kaniya Y, Kizawa A, Miyagi A, Kawai-Yamada M, Uchimiya H, Kaneko Y, Nishiyama Y, Hihara Y.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 162 号: 2 ページ: 1153-1163
  • DOI: 10.1104/pp.113.218784
  • 査読あり
• [雑誌論文] A change in the sensitivity of elongation factor G to oxidation protects photosystem II from photoinhibition in Synechocystis sp.PCC 6803 (2012)
  • 著者名/発表者名: Ejima, K., Kawaharada, T., Inoue, S., Kojima, K., Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 586 号: 6 ページ: 778-783
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2012.01.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study of the different mechanisms for zinc ion stress sensing in two cyanobacterial strains, Synechococcus sp. PCC 7942 and Synechocystis sp. PCC 6803 (2012)
  • 著者名/発表者名: Morita, E.H., Kawamoto, S., Abe, S., Nishiyama, Y., Ikegami, T. and Hayashi, H.
  • 雑誌名: Biophysics 巻: 8 ページ: 103-109
  • NAID: 130002061591
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elongation Factor G Is a Critical Target during Oxidative Damage to the Translation System of Escherichia coli. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagano T, Kojima K, Hisabori T, Hayashi H, Morita EH, Kanamori T, Miyagi T, Ueda T, Nishiyama Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 287(34) 号: 34 ページ: 28697-28704
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.378067
  • 査読あり
• [学会発表] Role of reactive oxygen species in photoinhibition of photosystem II (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: The German-Japanese Binational Seminar 2015
  • 発表場所: かんぽの宿熱海（静岡県・熱海市）
  • 年月日: 2015-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリア翻訳因子EF-Tuの酸化傷害機構とその生理学的意義 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • 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（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-18
• [学会発表] シアノバクテリア光化学系IIの光防御機構における熱放散の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 草間友里、井上修平、神保晴彦、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • 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（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-17
• [学会発表] タンパク質合成系の改変による光合成の強光ストレス耐性の向上 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 新学術“植物環境突破力”平成26年度領域会議
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2015-03-12
  • 招待講演
• [学会発表] 光合成生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 物質・デバイス領域共同研究拠点特定研究課題第2回ワークショップ
  • 発表場所: 東京工業大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2015-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Redox regulation of protein synthesis in photosynthetic organisms (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Tokyo Tech-HHH Dusseldorf Joint Symposium
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都・港区）
  • 年月日: 2015-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] The redox regulation of elongation factor EF-Tu in photoinhibition of photosystem II in Synechocystis sp. PCC 6803. (2015)
  • 著者名/発表者名: Jimbo, H., Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Tokyo Tech-HHH Dusseldorf Joint Symposium
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都・港区）
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] Roles of carotenoids in the protection of photosystem II from photoinhibition (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Japan-Finland Binational Seminar 2014
  • 発表場所: 定山渓ホテル（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2014-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] 光化学系IIの光阻害に対する高温ストレスの影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝、上野護、草間友里
  • 学会等名: 第78回日本植物学会年会
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県・川崎市）
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] リボソームのレドックス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 第13回微生物研究会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2014-07-26
  • 招待講演
• [学会発表] 光合成生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝、Rayakorn Yutthanasirikul、神保晴彦、永野孝典
  • 学会等名: 物質・デバイス領域共同研究拠点「生体機能物質の機能および制御の解析とバイオデバイスへの応用」第１回ワークショップ
  • 発表場所: 東京工業大学（横浜）
• [学会発表] 大腸菌翻訳因EF-Gの酸化傷害とレドックス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永野孝典、西山佳孝
  • 学会等名: 物質・デバイス領域共同研究拠点「生体機能物質の機能および制御の解析とバイオデバイスへの応用」第１回ワークショップ
  • 発表場所: 東京工業大学（横浜）
• [学会発表] シアノバクテリア翻訳因子EF-Tuの酸化傷害と光化学系IIの強光応答 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • 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（富山）
• [学会発表] Redox regulation of the translation factor EF-Tu in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2014)
  • 著者名/発表者名: Rayakorn Yutthanasirikul, Takanori Nagano, Takashi Kanamori, Takuya Ueda, Takamitsu Haruyama, Hiroki Konno, Keisuke, Yoshida, Toru Hisabori, and Yoshitaka Nishiyama
  • 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（富山）
• [学会発表] シアノバクテリアの光阻害防御機構における熱放散の役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • 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（富山）
• [学会発表] 葉緑体翻訳因子EF-GおよびEF-Tuの酸化ストレス応答性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 米山拓、大窪孝幸、永野孝典、金森崇、上田卓也、久堀徹、西山佳孝
  • 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（富山）
• [学会発表] 赤潮藻類における光化学系IIの光阻害に対する温度の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桑原悠輔、濱口卓也、紫加田知幸、西山佳孝
  • 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（富山）
• [学会発表] Action of reactive oxygen species in photoinhibition of photosystem II (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Department Seminar, University of California, Berkeley
  • 発表場所: Berkeley, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Oxidative damage to protein synthesis during photoinhibition of photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: RSB Seminar, The Australian National University
  • 発表場所: Canberra, Australia
  • 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリア光化学系IIの光防御機構におけるカロテノイドの役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • 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）
• [学会発表] シアノバクテリア光化学系IIの強光応答における翻訳因子EF-Tu改変の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
  • 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）
• [学会発表] Effects of oxidative damage to the translation factor EF-Tu on photoinhibition of photosystem II in cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • 著者名/発表者名: Jimbo, H., Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Nishiyama, Y.
  • 学会等名: 6th International Congress on Photosynthesis Research
  • 発表場所: Saint Louis, USA
• [学会発表] 大腸菌翻訳因子EF-Gの酸化傷害とレドックス制御の分子機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永野孝典、Yutthanasirikul, R.、久堀徹、金森崇、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • 学会等名: 第86回日本生化学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜）
• [学会発表] Molecular mechanism of oxidative damage to the translation factor EF-Tu from the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
  • 学会等名: 第86回日本生化学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜）
• [学会発表] 大腸菌翻訳系におけるEF-Gの酸化傷害とレドックス制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永野孝典、Rayakorn Yutthanasirikul、久堀徹、金森崇、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • 学会等名: 第8回無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 新潟大学（新潟）
• [学会発表] 光合成の強光ストレス耐性の向上 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 第1回SUPER FORUMシンポジウム
  • 発表場所: 埼玉大学（さいたま）
  • 招待講演
• [学会発表] Oxidative damage to translation factor EF-Tu and its redox regulation in Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
  • 学会等名: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • 発表場所: かずさDNA研究所（木更津）
• [学会発表] 翻訳因子EF-Tuの改変が光化学系IIの光阻害に及ぼす効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
  • 学会等名: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • 発表場所: かずさDNA研究所（木更津）
• [学会発表] 光化学系IIの光防御機構におけるカロテノイドの作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • 学会等名: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • 発表場所: かずさDNA研究所（木更津）
• [学会発表] 大腸菌翻訳系におけるEF-Gの酸化傷害とレドックス制御の分子機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永野孝典、Rayakorn Yutthanasirikul、久堀徹、金森崇、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（神戸）
• [学会発表] 光合成微生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 物質・デバイス領域共同研究拠点 特定研究課題(B-3)「生体機能物質の機能解析と光制御」第2回ワークショップ
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 招待講演
• [学会発表] Separation of Photodamage from Repair Reveals New Aspects of the Mechanism of Photoinhibition (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 招待講演
• [学会発表] Response of Elongation Factor Tu to Oxidative Stress in the Translation System of the Cyanaobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T. and Nishiyama, Y.
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] 光化学系IIの強光ストレス応答における翻訳因子EF-Tuの役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] 光化学系IIの光阻害におけるカロテノイドの保護作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 草間友里、井上修平、高市真一、西山佳孝
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] Protein synthesis is a primary target of reactive oxygen species during oxidative stress to photosynthesis (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Japanese-Finnish Seminar
  • 発表場所: Naantali, Finland
  • 招待講演
• [学会発表] Oxidative stress to photosynthesis: protein synthesis is a critical target of reactive oxygen species (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y.
  • 学会等名: Colloquium, le Commissariat &#225; l’&#201;nergie Atomique et aux &#201;nergies Alternatives (CEA)-Grenoble
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 招待講演
• [学会発表] 光合成微生物シアノバクテリアにおけるタンパク質合成系の酸化傷害とレドックス制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝、永野孝典、 小島幸治、久堀徹、林秀則、金森崇、宮城智子、上田卓也、戸澤譲、林秀則
  • 学会等名: 第７回無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] 大腸菌翻訳因子EF-Gのレドックス状態を介した翻訳制御機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永野孝典、小島幸治、久堀徹、林秀則、金森崇、宮城智子、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • 学会等名: 第７回無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] 大腸菌翻訳因子EF-Gの酸化傷害と翻訳のレドックス制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永野孝典、小島幸治、久堀徹、林秀則、金森崇、宮城智子、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • 学会等名: 第85回日本生化学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡
• [備考] 環境応答研究室
  • URL: http://www.molbiol.saitama-u.ac.jp/nishiyama/kankyo/Top.html
• [備考] 環境応答研究室
  • URL: http://www.molbiol.saitama-u.ac.jp/nishiyama/kankyo/Top.html
• [産業財産権] 赤潮原因ラフィド藻類の光逃避行動を誘導する方法 (2014)
  • 発明者名: 紫加田知幸、鬼塚剛、松永茂、西山佳孝、宮村和良
  • 権利者名: 紫加田知幸、鬼塚剛、松永茂、西山佳孝、宮村和良
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-12-26