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

• 研究領域: 大地環境変動に対する植物の生存・成長突破力の分子的統合解析
• 研究課題/領域番号: 25119704
• 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: 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2013年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 植物 / 環境 / ストレス / 遺伝子 / 光合成

研究実績の概要

シロイヌナズナ葉緑体局在型のEF-GおよびEF-Tuに関して、C末端にHisタグを付加した組換えタンパク質を調製し、酸化条件下におけるシステイン残基のレドックス変化と翻訳活性を調べた。その結果、EF-GもEF-Tuも、pH8以上のアルカリ条件下ではH2O2によってシステイン残基が酸化され失活することがわかった。強光条件下では、これらの翻訳因子が存在する葉緑体ストロマは弱アルカリ性となるので、酸化傷害を受けることが十分予想される。次に、EF-GおよびEF-Tuの過剰発現や、標的システイン残基の改変が光合成機能に及ぼす影響を調べるため、推定プロモーター領域を含む翻訳因子のコード領域をシロイヌナズナ核ゲノムに導入してトランスジェニック植物を作製した。これまでにEF-G過剰発現株からT3世代のホモ個体を複数選別した。これらの系統ではEF-Gタンパク質の発現量が1.3倍以上に増大していた。これらのトランスジェニック植物から得たリーフディスクに強光を照射した後、クロロフィル蛍光Fv/Fmを指標として光化学系II活性をモニターした。その結果、光化学系IIの光阻害が緩和していることが観察された。その際、タンパク質合成阻害剤クロラムフェニコールを共存させると、野生株との間に差が見られなかったことから、トランスジェニック植物では強光下でタンパク質合成が促進して、光化学系IIの強光耐性が増大したことが考えられる。以上の結果から、シロイヌナズナ葉緑体においても強光下で翻訳因子が酸化され、タンパク質合成の抑制によって光化学系IIの光阻害が促進することが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

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
• [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
  • 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] 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 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 新学術領域「植物環境突破力」班会議
  • 発表場所: 京都ガーデンパレス（京都）
• [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] 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] 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] 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 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西山佳孝
  • 学会等名: 新学術領域”植物環境突破力”班会議
  • 発表場所: 東北大学（仙台）
• [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: 16th International Congress on Photosynthesis Research
  • 発表場所: Saint Louis, USA
• [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] 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）
• [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