| 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 |
16H06557
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
宗景 ゆり 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (30423247)
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| 研究分担者 |
松田 祐介 関西学院大学, 理工学部, 教授 (30291975)
古本 強 龍谷大学, 農学部, 教授 (30313208)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | 光合成制御 |
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| 研究実績の概要 |
１．C4光合成におけるサイクリック電子伝達の機能の解明
NdhO-RNAi×PGRL1-RNAiの掛け合わせによって得られた二重抑制株は、サイクリック電子伝達活性が完全に失われており、著しい光合成活性の低下と生育遅延がみられた。この結果から、C4種においてサイクリック電子伝達活性は二つ経路に依存することが明らかとなり、両経路が光合成に必要なプロトン駆動力形成に貢献することが裏付けられた。一方、C4種Flaveriaに細胞特異的発現プロモーター下流にNdhO-RNA干渉を引き起こすコンストラクトを導入したが、RNA干渉の効果が隣接した細胞に及ぶことが明らかになった。
２．CP12-3によるC4代謝制御システムの解明
CP12-3発現抑制株の光合成特性の評価から、CP12-3がC4光合成に対して促進的に機能することを明らかにしてきた。代謝上の制御ポイントを明らかにする目的で、高光量条件下の葉から調製したタンパク質粗抽出液をBN-PAGE法を用いて1次元展開し、いくつかの代謝酵素タンパク質についてそれぞれの抗体を用いて挙動を調査した。この結果、PRKおよびMDH、GAPDHについてCP12-3と複合体を形成する可能性を見いだした。
３．無機炭素濃縮機構と連動したプロトン駆動力制御機能の解明
海洋性珪藻の葉緑体に無機炭素を能動輸送する葉緑体包膜型Solute Carrier (SLC)輸送体2つを同定し機能解明した。一方、チラコイド膜内腔に局在するθ型炭酸脱水酵素に重炭酸を供給すると考えられる輸送体遺伝子を発見し、その局在決定と機能解明を始めた。また、葉緑体内での無機炭素流路を制御する構造因子の探索にも着手し、これらの候補遺伝子を選抜した。これらの中間データから珪藻葉緑体内のピレノイドと呼ばれるタンパク質ボディー内の光化学系と無機炭素流路制御モデル構築に着手している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
１．二重抑制株の生育遅延により解析に時間を要したが、平成30年度に延長して行う事より解析を進め、C4光合成においても二つのサイクリック伝達経路が重複して働くことを明らかにした。RNA干渉による細胞特異的発現抑制が難しいことが明らかになったが、想定した範囲内であり、ゲノム編集を用いた方法に切り替えた。
２．CP12-3と結合する結合候補タンパク質としてPRKとMDH、GAPDHが結合する可能性があることを見いだした。またBass4機能抑制株（Bass4KD株）を複数確立できた。これらの機能抑制株が2000ppmという高CO2環境を必要としたことから、Bass4KD株においてCO2濃縮能力に異常が生じたと考えられた。
３．チラコイド内腔に局在する新奇炭酸脱水酵素の発見から連鎖的に、光化学系と無機炭素供給系の密接なかかわりを示す機構が想定され、この作業仮説をサポートする因子もいくつか単離されている。これらの過剰発現とゲノム編集等による破壊技術も順調に確立されている。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．C4光合成におけるサイクリック電子伝達の機能の解明
葉肉細胞または維管束鞘細胞それぞれにおけるサイクリック電子伝達の重要性を明らかにするため形質転換株の作成を行う。RNA干渉による方法では隣接した細胞でも発現抑制が起こるため、今後はCRISPR-Cas9システムを用いたゲノム編集によるノックアウトと細胞特異的発現プロモーターを組み合わせた方法に切り替えて、細胞特異的サイクリック電子伝達活性誘導株の作成を行う。また、C4種で高発現するNPQ7の解析を進める。
２．CP12-3によるC4代謝制御システムの解明
CP12-3と候補の代謝酵素とのタンパク質同士の結合をより明確に示すために（１）BN-PAGEとSDS-PAGEを併用した2次元展開による複合体構成の調査方法の確立し、（２）この方法をCP12-3機能抑制株および野生株とに適用し、それぞれでの変化を示すタンパク質を探索する。またBass4の機能抑制株について、光合成特性を評価し、C4光合成に関与しうるかどうか検討する。
３．無機炭素濃縮機構と連動したプロトン駆動力制御機能の解明
珪藻葉緑体の新奇因子（Bestタンパク質：チラコイド型重炭酸輸送体候補；Pyshellタンパク質：ピレノイド構成構造因子）を中心にそれらの逆遺伝学的手法による機能解析を行っていく。
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