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光化学系IIの光阻害と修復の分子機構

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 20H05089
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 複合領域
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)

研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020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 / 光化学系II / 酸素発生 / 光阻害 / 修復 / 遺伝子 / タンパク質
研究開始時の研究の概要

光化学系IIは光による損傷を受けやすいが、修復機構によって速やかに修復される。申請者らは、これまでに光損傷に関する新たなモデル「Two-step機構」を提唱し、修復を制御する新たな機構を発見してきた。本研究では、シアノバクテリアを研究材料として、Two-step機構の実態を解明するとともに、水分解を触媒するマンガンクラスター(Mn4CaO5)および反応中心の修復機構を明らかにする。

研究実績の概要

光化学系II(PSII)は光による損傷を受けやすいが、修復機構によって速やかに修復される。研究代表者らは、これまでに光損傷に関する新たなモデル「Two-step説」を提唱し、修復を制御する新たな機構を見出してきた。Two-step説では、紫外線や青色光によって酸素発生系マンガンクラスターが損傷を受け(第一段階)、その後クロロフィルが吸収する可視光によって反応中心が損傷を受ける(第二段階)ことが推定されている。本年度は、Two-step機構の詳細および光損傷からの修復機構を明らかにするため、シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803から単離したチラコイド膜に強力な紫外線(UV-A; 365 nm)を照射し、酸素発生および人工電子受容体DCIPの還元速度を指標にPSII活性を測定した。チラコイド膜にUV-Aを50秒照射すると、PSII活性は元の約10%にまで低下した。その際、PSII全体(H2O→DCIP)と反応中心(DPC→DCIP)の反応を比較すると、前者の方がより速く低下したため、酸素発生系が反応中心よりも先に損傷を受けていることが確認できた。次に、チラコイド膜にDPCの存在下でUV-Aを照射すると、H2O→DCIP反応 は著しく低下したが、DPC→DCIP反応 はほとんど低下しなかった。したがって、PSII反応中心は無傷な状態で酸素発生系のみが損傷した「損傷中間体」を得ることができた。さらに、UV-A照射したチラコイド膜にMn2+やCl-、ATP、細胞の可溶性画分を同時に添加すると、PSII活性は著しく回復した。可溶性画分を熱処理してから添加すると、PSII活性の回復は見られなかった。したがって、酸素発生系の再生には可溶性画分に存在する何らかのタンパク質性因子とATPが必要であることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Recovery of photosynthesis after long-term storage in the terrestrial cyanobacterium <i>Nostoc commune</i>2022

    • 著者名/発表者名
      Toshio Sakamoto, Yang Wei, Koki Yuasa, Yoshitaka Nishiyama
    • 雑誌名

      The Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 68 号: 4 ページ: 169-174

    • DOI

      10.2323/jgam.2022.01.003

    • ISSN
      0022-1260, 1349-8037
    • 関連する報告書
      2021 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] The NAD Kinase Slr0400 Functions as a Growth Repressor in Synechocystis sp. PCC 68032021

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Yuuma、Cassan Cedric、Kadeer Aikeranmu、Yuasa Koki、Sato Nozomu、Sonoike Kintake、Kaneko Yasuko、Miyagi Atsuko、Takahashi Hiroko、Ishikawa Toshiki、Yamaguchi Masatoshi、Nishiyama Yoshitaka、Hihara Yukako、Gibon Yves、Kawai-Yamada Maki
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: - 号: 4 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1093/pcp/pcab023

    • 関連する報告書
      2021 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] Dissection of the Mechanisms of Growth Inhibition Resulting from Loss of the PII Protein in the CyanobacteriumSynechococcus elongatusPCC 79422021

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Takayuki、Takatani Nobuyuki、Sonoike Kintake、Jimbo Haruhiko、Nishiyama Yoshitaka、Omata Tatsuo
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: - 号: 4 ページ: 721-731

    • DOI

      10.1093/pcp/pcab030

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superoxide Production by the Red Tide-Producing Chattonella marina Complex (Raphidophyceae) Correlates with Toxicity to Aquacultured Fishes2021

    • 著者名/発表者名
      Shikata Tomoyuki、Yuasa Koki、Kitatsuji Saho、Sakamoto Setsuko、Akita Kazuki、Fujinami Yuichiro、Nishiyama Yoshitaka、Kotake Toshihisa、Tanaka Ryusuke、Yamasaki Yasuhiro
    • 雑誌名

      Antioxidants

      巻: 10 号: 10 ページ: 1635-1635

    • DOI

      10.3390/antiox10101635

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Resilience under climate change2020

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama Yoshitaka
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 6 号: 5 ページ: 442-443

    • DOI

      10.1038/s41477-020-0639-x

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Elevated Levels of Specific Carotenoids During Acclimation to Strong Light Protect the Repair of Photosystem II in Synechocystis sp. PCC 68032020

    • 著者名/発表者名
      Izuhara Taichi、Kaihatsu Ikumi、Jimbo Haruhiko、Takaichi Shinichi、Nishiyama Yoshitaka
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 11 ページ: 1030-1030

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.01030

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vertical distribution of a harmful red-tide dinoflagellate, Karenia mikimotoi, at the decline stage of blooms2020

    • 著者名/発表者名
      Shikata Tomoyuki、Kitatsuji Saho、Abe Kazuo、Onitsuka Goh、Matsubara Tadashi、Nakayama Natsuko、Yuasa Koki、Nishiyama Yoshitaka、Mizuno Ken-Ichiro、Masuda Takeshi、Nagai Kiyohito
    • 雑誌名

      Journal of Sea Research

      巻: 165 ページ: 101960-101960

    • DOI

      10.1016/j.seares.2020.101960

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-Chain Saturated Fatty Acids, Palmitic and Stearic Acids, Enhance the Repair of Photosystem II2020

    • 著者名/発表者名
      Jimbo Haruhiko、Takagi Kensuke、Hirashima Takashi、Nishiyama Yoshitaka、Wada Hajime
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 21 号: 20 ページ: 7509-7509

    • DOI

      10.3390/ijms21207509

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nutrient deficiency stimulates the production of superoxide in the noxious red-tide-forming raphidophyte Chattonella antiqua2020

    • 著者名/発表者名
      Yuasa Koki、Shikata Tomoyuki、Ichikawa Takayoshi、Tamura Yu、Nishiyama Yoshitaka
    • 雑誌名

      Harmful Algae

      巻: 99 ページ: 101938-101938

    • DOI

      10.1016/j.hal.2020.101938

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 有害赤潮形成藻シャットネラ属における細胞外スーパーオキシド産生と光合成の関係2020

    • 著者名/発表者名
      湯浅光貴、紫加多知幸、西山佳孝
    • 雑誌名

      光合成研究

      巻: 30(3) ページ: 149-156

    • NAID

      40022445918

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 光化学系IIの光阻害と修復の分子機構2022

    • 著者名/発表者名
      小島俊太、西山佳孝
    • 学会等名
      新学術領域研究「光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光-物質変換系の創製」第4回最終公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Eco-physiological study of noxious red-tide-forming microalgae2022

    • 著者名/発表者名
      Koki Yuasa, Tomoyuki Shikata, Yoshitaka Nishiyama
    • 学会等名
      German-Japanese Meeting 2022 “Green Aquatic Biology: Ecology Meets Synthetic Biology”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナの強光順化における葉序ごとの光化学系II修復能力2022

    • 著者名/発表者名
      北村泉希、新庄梓、西山佳孝
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高温順化したシアノバクテリアの光阻害における光化学系II表在性タンパク質の役割2022

    • 著者名/発表者名
      猪崎風葉、西山佳孝
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 害赤潮藻類Alexandrium属の光合成に対する温度ストレスの影響2022

    • 著者名/発表者名
      須賀敦紀、湯浅光貴、紫加田知幸、西山佳孝
    • 学会等名
      令和4年度日本水産学会春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 有害赤潮藻類Chattonella属の細胞表層グリコカリックスの糖鎖分析2022

    • 著者名/発表者名
      田村悠、湯浅光貴、紫加田知幸、西山佳孝
    • 学会等名
      令和4年度日本水産学会春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光化学系IIの修復におけるカルシウムイオンの役割2021

    • 著者名/発表者名
      猪崎風葉、西山佳孝
    • 学会等名
      第11回日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シアノバクテリアの強光順化におけるカロテノイド配糖体の役割2021

    • 著者名/発表者名
      恩田萌花、海發育実、出原太智、高市真一、西山佳孝
    • 学会等名
      第11回日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Role of the chloroplast translation factor EF-Tu in photoinhibition of photosystem II in Arabidopsis2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Nishiyama
    • 学会等名
      Japan-Finland Seminar 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光化学系IIの光阻害と修復の分子機構2021

    • 著者名/発表者名
      小島俊太、西山佳孝
    • 学会等名
      新学術領域研究「革新的光物質変換」第4回合同班会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光化学系IIの光阻害と修復の分子機構2021

    • 著者名/発表者名
      西山佳孝
    • 学会等名
      光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光-物質変換系の創製・第3回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光合成の強光応答とタンパク質合成系のレドックス制御2021

    • 著者名/発表者名
      西山佳孝
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 有害赤潮形成藻Chattonella antiquaの細胞外スーパーオキシド産生を促進する環境要因2021

    • 著者名/発表者名
      湯浅光貴、市川隆祥、田村悠、紫加田知幸、西山佳孝
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 有害赤潮藻Chattonella属におけるスーパーオキシド産生機構の生化学解析2021

    • 著者名/発表者名
      市川隆祥、湯浅光貴、紫加田知幸、西山佳孝
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ葉緑体翻訳因子EF-Tuの酸化傷害と光化学系IIの光阻害の関係2021

    • 著者名/発表者名
      鳥生万智、新庄梓、西山佳孝
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] クラミドモナスPGRL1システイン残基の機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      高橋拓子、髙山健太、井須敦子、若林憲一、久堀徹、西山佳孝
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 新奇有害赤潮藻Alexandrium leeiの増殖と光合成に対する温度ストレスの影響2021

    • 著者名/発表者名
      須賀敦紀、湯浅光貴、紫加田知幸、西山佳孝
    • 学会等名
      令和3年度日本水産学会春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 有害赤潮藻Chattonella antiquaの活性酸素産生に及ぼす栄養欠乏の影響2021

    • 著者名/発表者名
      湯浅光貴、市川隆祥、田村悠、紫加田知幸、西山佳孝
    • 学会等名
      令和3年度日本水産学会春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 光合成2021

    • 著者名/発表者名
      日本光合成学会
    • 総ページ数
      224
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254171761
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-11-30   更新日: 2022-12-28  

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