| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H04727
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
生物系
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
須藤 雄気 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (10452202)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | ロドプシン / 光 / 生物物理 / オプトジェネティクス / エネルギー変換 / プロトンポンプ / NPQ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
植物による光合成は、水と二酸化炭素から、炭素固定・酸素発生・ATP産生を行う反応で、生命活動の源でもある。植物には、光強度にあわせて余剰なエネルギーを熱として放出する機構（NPQ）が備わっており、これにより効率的な光合成が実現する。NPQは、プロトン濃度上昇が引き金とされているが、その制御機構はよくわかっていない。本研究では、光合成色素がほとんど吸収しない緑色光で働くロドプシンを植物の葉緑体に発現させ、人為的に膜を介したプロトン移動を誘起する。これにより擬似的に強・弱光条件を再現し、NPQ制御メカニズムを解明する。
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| 研究実績の概要 |
植物による光合成は、水と二酸化炭素から炭素固定・酸素発生・ATP産生を行う反応であある。ここで、生物のエネルギー通貨とも呼ばれるATPは、光合成タンパ
ク質における細胞内から細胞外にプロトン（H+）の輸送により実現している。また、植物には光強度にあわせて余剰なエネルギーを熱として放出する機構（NonPhotochemical Quenching：NPQ）が備わっており、効率的な光合成を実現している。これらは光合成に伴う葉緑体ルーメン側の酸性化（プロトン濃度上昇）が引き金になることがわかっているが、その制御機構の詳細は不明である。本研究では、光合成色素クロロフィルがほとんど吸収しない緑色光で働くロドプシンを緑藻（クラミドモナス）および陸上植物（シロイヌナズナ）の葉緑体に異種発現させる組み換え体を創出する。次に、ロドプシンを光により励起し、人為的に膜を介したプロトン移動を誘起する。これにより、擬似的に強・弱光条件を作り出し、その際に起こる植物応答（ATP合成、NPQ制御、成長、形態、その他）を光で制御し、それらのメカニズムの解明を目指す。
本年度は、以下の生化学的・細胞生物学的解析を行った。
①生化学的解析：クラミドモナスおよびシロイヌナズナにおけるロドプシンの発現。加えて、葉緑体への局在の確認。クラミドモナスおよびシロイヌナズナともに、ロドプシンの葉緑体への発現と局在を確認した。
②細胞生物学的解析：NPQをはじめとした応答解析を進めた。（１）クラミドモナスについては、NPQ誘導の確認に加え、細胞形態や生育などへのロドプシンおよび光の影響を検討し、ロドプシンによる成長促進を確認した。（２）シロイヌナズナについては、上記に加えレチナールの添加法の検討と、レチナールが及ぼす細胞毒性について検討した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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