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葉緑体のプロトン駆動力生成の根幹を支えるチラコイド膜形成機構の解析

公募研究

研究領域新光合成:光エネルギー変換システムの再最適化
研究課題/領域番号 17H05725
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関大阪大学

研究代表者

中井 正人  大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (90222158)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード葉緑体 / チラコイド / タンパク質輸送 / タンパク質膜透過 / 光合成 / 光化学系 / シロイヌナズナ / オルガネラ / 蛋白質輸送 / 光化学系複合体
研究実績の概要

植物や真核藻類の光合成は葉緑体の中のチラコイドを舞台に営まれており、ここに光化学系複合体など様々な構成因子が正しく集積することが必要である。葉緑体は、昔、シアノバクテリア様の原核生物が内共生したものから誕生した。基本的なチラコイド形成機構は、既にシアノバクテリアの段階で確立されていたと思われる。しかし、最近の研究から、植物や真核藻類は内共生後に様々な革新的な進化を遂げてきたことが分かっている。その一つが集光性システムの変化である。新たな集光性蛋白質群が進化の過程で加わることで、光合成効率を高めるだけでなく、過剰な光エネルギーからの防御に寄与し、また光化学系複合体間の機能的連携にも関与する事が次々と明らかにされている。一方、チラコイドへの光化学系蛋白質の輸送機構に関しては、集光性クロロフィル結合蛋白質のチラコイド挿入に必須な緑色生物特有の因子が見つかり、緑色藻類や植物に新たに出現した核コードの集光性クロロフィル結合蛋白質をサイトゾルの合成場所からチラコイド膜へと効率的に運ぶシステムを進化させてきたという考えが提唱されている。このような背景の中、われわれの研究室では、葉緑体内包膜の蛋白質輸送装置TICトランスロコンとともに働くYcf2輸送モーター複合体を解明した。そしてこれらの輸送装置が、まさに緑藻や緑色植物になって大きく変貌を遂げた事が分かり、チラコイドへの輸送機構との機能的関連が強く示唆された。実際、シロイヌナズナではこの輸送装置の欠損はアルビノ致死の形質を示しチラコイドに光化学系を集積できないこともわかった。さらに、われわれは研究の中で、集光性クロロフィル結合蛋白質の葉緑体輸送実験による解析から、包膜透過途上で既にチラコイド輸送因子と相互作用していることも見出した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件、 招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Geneva(スイス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, San Francisco(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Oregon(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] New Perspectives on Chloroplast Protein Import2018

    • 著者名/発表者名
      Nakai Masato
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 59 号: 6 ページ: 1111-1119

    • DOI

      10.1093/pcp/pcy083

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Ycf2-FtsHi heteromeric AAA-ATPase complex is required for chloroplast protein import2018

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi Shingo、Asakura Yukari、Imai Midori、Nakahira Yoichi、Kotani Yoshiko、Hashiguchi Yasuyuki、Nakai Yumi、Takafuji Kazuaki、B?dard Jocelyn、Hirabayashi-Ishioka Yoshino、Mori Hitoshi、Shiina Takashi、Nakai Masato
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: 30 号: 11 ページ: 2677-2703

    • DOI

      10.1105/tpc.18.00357

    • 関連する報告書
      2018 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] New perspectives on chloroplast protein import2018

    • 著者名/発表者名
      Masato Nakai
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 59

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 葉緑体蛋白質輸送の分子機構―新たなる展開2019

    • 著者名/発表者名
      中井 正人
    • 学会等名
      第21回 植物オルガネラワークショップ "オルガネラと膜系の進化"
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular machineries for chloroplast protein import and their evolution.2018

    • 著者名/発表者名
      Masato Nakai
    • 学会等名
      INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PHOTOSYNTHESIS AND CHLOROPLAST BIOGENESIS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular machineries for chloroplast protein import and their evolution.2018

    • 著者名/発表者名
      Masato Nakai
    • 学会等名
      Shanghai Center for Plant Stress Biology Frontier Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular machineries for chloroplast protein import and their evolution.2018

    • 著者名/発表者名
      Masato Nakai
    • 学会等名
      1st Asia-Oceania International Congress on Photosynthesis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanisms of chloroplast protein import and their curious evolutionary history.2017

    • 著者名/発表者名
      Masato Nakai
    • 学会等名
      International Symposium: Chloroplast Metabolism and Photosynthesis
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanisms of chloroplast protein import and their curious evolutionary history.2017

    • 著者名/発表者名
      Masato Nakai
    • 学会等名
      KAAB International Symposium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanisms of chloroplast protein import and their curious evolutionary history.2017

    • 著者名/発表者名
      Masato Nakai
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] タンパク質の分解係からタンパク質の運び屋に

    • URL

      http://www.protein.osaka-u.ac.jp/achievement/press-release181012

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] プレスリリース:世界初!葉緑体成立の謎 を解明

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2018/20181012_1

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-28  

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