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乾燥下の光合成:地上進出を支えた新型最強の光エネルギー散逸機構の探索と機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 26440139
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・生理科学
研究機関名古屋大学

研究代表者

伊藤 繁  名古屋大学, 理学研究科, 名誉教授 (40108634)

連携研究者 岩崎 郁子  秋田県立大, 生物資源科学部, 准教授 (50312236)
研究協力者 山川 壽伯  名古屋大学, 生命農学研究科, 博士研究員 (40456645)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2014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 / 環境応答 / 光阻害 / 励起エネルギー移動 / クロロフィル蛍光 / 光化学系 / 乾燥耐性 / 地衣類 / クロロフィル / 光障害 / 乾燥適応 / 共生 / 乾燥耐性コケ / 光適応 / 物質生産 / コケ類 / 過剰エネルギー散逸 / 光障害回避 / 蛍光寿命 / レーザ分光 / 光耐性 / 光エネルギー移動 / コケ
研究成果の概要

乾燥耐性光合成生物が示す、「乾燥誘導性の過剰光エネルギー熱散逸機構」を発見した。温度300Kから77Kでの先端的なピコ秒蛍光寿命測定実験から、広範な生物種でこれを同定した。乾燥下の地衣類とコケでは光化学系Ⅱの蛍光寿命が極端に短くなり、励起エネルギーが光反応で補えられるより早く熱散逸され光傷害が防がれることを明らかにした。この現象を、シアノバクテリア5週, 藻類10種、地衣類(菌類と藻類・シアノバクテリアの共生体)55種、高等植物1種で確認し、その研究方法を確立した。生育環境の乾燥特性や光条件に応じて発動する複数の機構の存在を明らかにし、分子機構を検討した。

報告書

(5件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2018 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 4件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 16件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 図書 (4件)

  • [国際共同研究] Vrije Univ. Amsterdam,(オランダ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Univ. Wurzburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Phosphatidylglycerol is implicated in divisome formation and metabolic processes of cyanobacteria2018

    • 著者名/発表者名
      Kobori Timea O.、Uzumaki Tatsuya、Kis Mihaly、Kovacs Laszlo、Domonkos Ildiko、Itoh Shigeru、Krynicka Vendula、Kuppusamy Saravanan G.、Zakar Tomas、Dean Jason、Szilak Laszlo、Komenda Josef、Gombos Zoltan、Ughy Bettina
    • 雑誌名

      Journal of Plant Physiology

      巻: 223 ページ: 96-104

    • DOI

      10.1016/j.jplph.2018.02.008

    • 関連する報告書
      2017 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] Light-Induced Electron Spin-Polarized (ESP) EPR Signal of the P800+ Menaquinone? Radical Pair State in Oriented Membranes of Heliobacterium modesticaldum: Role/Location of Menaquinone in the Homodimeric Type I Reaction Center2018

    • 著者名/発表者名
      Kondo Toru、Matsuoka Masahiro、Azai Chihiro、Kobayashi Masami、Itoh Shigeru、Oh-oka Hirozo
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 号: 9 ページ: 2536-2543

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b12171

    • 関連する報告書
      2017 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] Lipid-Controlled Stabilization of Charge-Separated States (P+QB?) and Photocurrent Generation Activity of a Light-Harvesting?Reaction Center Core Complex (LH1-RC) from Rhodopseudomonas palustris2018

    • 著者名/発表者名
      Noji Tomoyasu、Matsuo Mikano、Takeda Nobutaka、Sumino Ayumi、Kondo Masaharu、Nango Mamoru、Itoh Shigeru、Dewa Takehisa
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 号: 3 ページ: 1066-1080

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b09973

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanisms of drought-induced dissipation of excitation energy in sun- and shade-adapted drought-tolerant mosses studied by fluorescence yield change and global and target analysis of fluorescence decay kinetics2017

    • 著者名/発表者名
      Yamakawa Hisanori、van Stokkum Ivo H. M.、Heber Ulrich、Itoh Shigeru
    • 雑誌名

      Photosynthesis Research

      巻: 135 号: 1-3 ページ: 285-298

    • DOI

      10.1007/s11120-017-0465-9

    • 関連する報告書
      2017 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] Geometry-dependent constitutive law for granular slow frictional drag2017

    • 著者名/発表者名
      T. Furuta, K. Katou, S. Itoh, K. Tachibana, S. Ishikawa, and H. Katsuragi
    • 雑誌名

      Int. J. Mod. Phys. B

      巻: 印刷中 号: 10 ページ: 1742006-17

    • DOI

      10.1142/s0217979217420061

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rational Design of Novel High-Molecular-Weight Solubilization Surfactants for Membrane Proteins from the peptide gemini surfactants (PG-surfactants)2016

    • 著者名/発表者名
      S. Koeda, T. Suzuki, T. Noji, K. Kawakami, S. Itoh, T. Dewa, N. Kamiya, T. Mizuno
    • 雑誌名

      Tetrahedron

      巻: 72 号: 43 ページ: 6898-6908

    • DOI

      10.1016/j.tet.2016.09.024

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Design of New Extraction Surfactants for Membrane Proteins from Peptide-Gemini Surfactants (PG-surfactants)2016

    • 著者名/発表者名
      M. Shibata, S. Koeda, T. Noji, K. Kawakami, Y. Ido, Y. Amano, N. Umezawa, T. Higuchi, T. Dewa, S. Itoh, N. Kamiya, T. Mizuno
    • 雑誌名

      Bioconjugate Chemistry

      巻: 27 号: 10 ページ: 2469-2479

    • DOI

      10.1021/acs.bioconjchem.6b00417

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Oxygen-Evolving Porous Glass Plates Containing the Photosynthetic Photosystem II Pigment-Protein Complex2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoyasu Noji, Keisuke Kawakami, Jian-Ren Shen, Takehisa Dewa, Mamoru Nango, Nobuo Kamiya, Shigeru Itoh, Tetsuro Jin
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 32 (31) 号: 31 ページ: 7796-7805

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b02106

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Orientations of Iron-Sulfur Clusters FA and FB in the Homodimeric Type-I Photosynthetic Reaction Center of Heliobacterium modesticaldum2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo, M. Matsuoka, C. Azai, S. Itoh, H. Oh-oka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 120 号: 18 ページ: 4204-4212

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b01112

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extension of Light-Harvesting Ability of Photosynthetic Light-Harvesting Complex 2 (LH2) through Ultrafast Energy Transfer from Covalently Attached Artificial Chromophores.2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yoneda, Tomoyasu Noji, Tetsuro Katayama, Naoto Mizutani, Daisuke Komori, Mamoru Nango, Hiroshi Miyasaka, Shigeru Itoh, Yutaka Nagasawa, Takehisa Dewa
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 137(40) 号: 40 ページ: 13121-12129

    • DOI

      10.1021/jacs.5b08508

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Harvesting Far-Red Light by Chlorophyll f in Photosystems I and II of Unicellular Cyanobacterium strain KC12015

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Itoh, Tomoki Ohno, Tomoyasu Noji, Hisanori Yamakawa, Hirohisa Komatsu, Katsuhiro Wada, Masami Kobayashi, Hideaki Miyashita
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 56(10) 号: 10 ページ: 2024-34

    • DOI

      10.1093/pcp/pcv122

    • NAID

      120007135693

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Menaquinone as the secondary electron acceptor in the type I homodimeric photosynthetic reaction center of Heliobacterium modesticaldum2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo, S. Itoh, M. Matsuoka, C. Azai and H. Oh-oka
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 119 号: 27 ページ: 8480-8489

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b03723

    • 関連する報告書
      2015 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] A biliverdin-binding cyanobacteriochrome from the chlorophyll d–bearing cyanobacterium Acaryochloris marina2015

    • 著者名/発表者名
      Rei Narikawa, Takahiro Nakajima, Yuki Aono, Keiji Fushimi, Gen Enomoto, Ni-Ni-Win, Shigeru Itoh,Moritoshi Sato, Masahiko Ikeuchi
    • 雑誌名

      SCIENTIFIC REPORTS

      巻: 5 号: 1 ページ: 7950-7950

    • DOI

      10.1038/srep07950

    • NAID

      120005838624

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A biliverdin-binding cyanobacteriochrome from the chlorophyll d–bearing cyanobacterium Acaryochloris marina2015

    • 著者名/発表者名
      Rei Narikawa, Takahiro Nakajima, Yuki Aono, Keiji Fushimi, Gen Enomoto, Ni-Ni-Win, Shigeru Itoh, Moritoshi Sato, Masahiko Ikeuchi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 7950-7950

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dark-operative protochlorophyllide oxidoreductase generates substrate radicals by an iron-sulphur cluster in bacteriochlorophyll biosynthesis2014

    • 著者名/発表者名
      J. Nomata, T. Kondo, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, S. Itoh, Y. Fujita
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 号: 1 ページ: 5455-5455

    • DOI

      10.1038/srep05455

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Light-Driven Hydrogen Production by Hydrogenases and a Ru- Complex inside a Nanoporous Glass Plate under Aerobic External Conditions2014

    • 著者名/発表者名
      Tomoyasu Noji, Masaharu Kondo, Tetsuro Jin, Tetsuo Yazawa, Hisao Osuka, Yoshiki Higuchi, Mamoru Nango, Shigeru Itoh, Takehisa Dewa
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 5 号: 14 ページ: 2403-2407

    • DOI

      10.1021/jz5008164

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 乾燥耐性コケの過剰励起光エネルギー散逸機構・クロロフィル蛍光のグローバル解析2018

    • 著者名/発表者名
      山川壽伯、van Stokkum, U. Heber, 伊藤繁
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 南極に生育する緑藻、Prasiola crispaに見られる顕著な長波長シフトクロロフィルの生理学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      小杉真貴子、小沢真一郎、伊藤美空、亀井保博、菓子野康浩、高橋裕一郎、伊藤繁、小池祐幸
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 地衣類共生シアノバクテリアの炭素濃縮機構CCMと共生2018

    • 著者名/発表者名
      武藤鷹矢、佐藤知樹、北條楽、伊藤繁、岩崎郁子
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 乾燥下でのシアノバクテリア・藻・地衣・コケ・高等植物の過剰エネルギー散逸機構2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、山川壽伯、 名大理院、岩崎郁子. H. Heber
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      鹿児島大学
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [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オレンジカロテノイドップロテインの役割2017

    • 著者名/発表者名
      高橋拓子、草間友里、李新祥、高市真一、伊藤繁、山川壽伯、西山佳孝
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 乾燥下でのシアノバクテリア・藻・コケ・高等植物の過剰エネルギー散逸機構2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、山川壽伯、岩崎郁子、佐藤知樹、Urlich Heber
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 乾燥下でのシアノバクテリア・藻・地衣・コケ・高等植物の 超高速励起エネルギー散逸機構2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、山川壽伯、U.Heber、佐藤和樹、岩崎郁子, Z. Valkoi
    • 学会等名
      日本光合成学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 乾燥で発動するコケ、地衣類、藻類、シアノバクテリアの過剰光励起エネルギー散逸機構2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤 繁a, 小村理行a, 山川壽伯b, Urlich Heberc,佐藤知樹d, 岩崎郁子
    • 学会等名
      日本植物学会第80回大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-fast dissipation of excess excitation energy by multiple pathways in dry mosses and lichens with algal/cyanobacterial symbionts2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Itoha, Masayuki Komuraa, Hisanori Yamakawab, Urlich Heberc, Tomoki Satod, Ikuko Iwasaki
    • 学会等名
      the 17thth international congress on photosynthesis research
    • 発表場所
      Maarstricht, The Netherlands
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultra-fast dissipation of excess excitation energy by multiple pathways in dry mosses and lichens with algal/cyanobacterial symbionts2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Itoha, Masayuki Komuraa, Hisanori Yamakawab, Urlich Heberc, Tomoki Satod, Ikuko Iwasaki
    • 学会等名
      Light havesting satellite meeting of the 17thth international congress on photosynthesis research
    • 発表場所
      Egmond aan Zee, The Netherlands
    • 年月日
      2016-08-04
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シアノバクテリア共生型地衣類で乾燥誘導されるフィコシアニンとクロロフィルの蛍光寿命促進2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、小村正行1、山川壽伯2、U.Heber3、佐藤和樹、岩崎郁子
    • 学会等名
      第7回日本光合成学会年会
    • 発表場所
      東京理科大学葛飾キャンパス
    • 年月日
      2016-05-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 陰性と陽性のコケと地衣類で乾燥誘導される2種の過剰励起エネルギー散逸機構2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、山川壽伯、H. Heber
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 発表場所
      盛岡市 岩手大学
    • 年月日
      2016-03-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] ヘリオバクテリア光合成反応中心の低温蛍光解析2016

    • 著者名/発表者名
      大岡 宏造、小島 理沙、浅井 智広、武藤 梨沙、栗栖 源嗣、伊藤 繁
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 発表場所
      盛岡市 岩手大学
    • 年月日
      2016-03-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 地衣類共生シアノバクテリアの共生および非共生状態における光合成2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤知樹、北條楽、小村理行、原光二郎、小峰正史、山本好和、伊藤繁、岩﨑郁子
    • 学会等名
      日本植物生理学会
    • 発表場所
      盛岡市 岩手大学
    • 年月日
      2016-03-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Heliobacterial type-I homodimer reaction center complex uses uses menaquinoone as the primary electron acceptor, at a little different location from that of phylloquinone in PSI.2015

    • 著者名/発表者名
      Toru Kondo, Shigeru Itoh,Chiro Azai, Hirozo Oh-oka,
    • 学会等名
      15th internationall symposium on photosynthetic prokaryote
    • 発表場所
      Tubingen Germany
    • 年月日
      2015-08-02
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PSIとPSIIで近赤外光アンテナとして働くChl f2015

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁、大野智輝、野地智康、山川壽伯、宮下英明
    • 学会等名
      日本光合成学会
    • 発表場所
      岡山市岡山国際交流センター
    • 年月日
      2015-05-22
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 酸素非発生型光合成から酸素発生型光合成への進化2015

    • 著者名/発表者名
      塚谷祐介,野地智康, 溝口正,民秋均,伊藤繁,増田真二
    • 学会等名
      日本植物生理学会56回年会
    • 発表場所
      東京農大世田谷キャンパス
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] タイプ1光合成反応中心の保存されたアンテナクロロフィルの役割2015

    • 著者名/発表者名
      浅井智広, 近藤徹, 伊藤繁, 大岡宏造
    • 学会等名
      日本植物生理学会56回年会
    • 発表場所
      東京農大世田谷キャンパス
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] シアノバクテリアのアンテナ-光化学系I超分子複合体におけるフィコビリソームから光化学系I四量体へのエルギー移動2015

    • 著者名/発表者名
      野地智康、渡辺麻衣、池内昌彦、伊藤繁
    • 学会等名
      日本植物生理学会56回年会
    • 発表場所
      東京農大世田谷キャンパス
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [図書] 「光触媒/半導体を利用した人工光合成―最先端科学から実装技術への発展を目指してー」第2編材料・システム創成  第1章:天然―人工ハイブリッド光合成系の作成―光合成タンパク質を生体外で動かす」2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁・野地智康 (教書)
    • 総ページ数
      400
    • 出版者
      株式会社エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [図書] テイツ/ザイガー 植物生理学・発生学 原著第6版 7章 光合成  (編集西谷 和彦, 島崎 研一郎 (翻訳), L.テイツ E.ザイガー(原著)2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤繁・柴田 穣  (共訳)
    • 総ページ数
      832
    • 出版者
      講談社サイエンティフィク
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [図書] 光合成のエネルギー変換と物質変換―人工光合成を目指して 11章 光化学系Ⅰ反応中心の分子機能と多様性2015

    • 著者名/発表者名
      伊藤 繁 (共著)
    • 総ページ数
      281
    • 出版者
      化学同人
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [図書] 光合成のエネルギー変換と物質変換 人工光合成をめざして2015

    • 著者名/発表者名
      伊藤 繁 他39名
    • 総ページ数
      281
    • 出版者
      化学同人
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2022-08-19  

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