らん藻CO_2ポンプの分子生物学的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12440228
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 小川 晃男 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 教授 (80087593)
• 研究分担者: 小俣 達男 生命農学研究科, 教授 (50175270)
• キーワード: CO_2濃縮機構 / ndh遺伝子 / NAD(P)Hデヒドロゲナーゼ / らん藻 / sbtA / HCO_3^-輸送 / cmpA / cbbR

研究概要

1)低CO_2濃度下で誘導される高親和性のndhD3依存型CO_2ポンプにはndhF3とsll1734(cupA; CO_2 uptake)が関与しており、恒常的に存在する低親和性のndhD4依存型CO_2ポンプにはndhF4とslr1302(cupB)が関与している事を明らかにした。これら2種類のCO_2ポンプに関与する遺伝子は全ゲノム塩基配列が決められらん藻株でProchlorococcus 以外の全ての株に存在した。
2)ndhBとcmpを不活性化させた変異株は低CO_2条件下においてはpH7.0では生育しないがpH9.0では生育した。この株をさらに変異処理を行いpH9.0/空気条件下でも生育しない変異株を単離した。これらの変異株のうちslr1512が変異した株はHCO_3^-輸送活性を持たなかった。slr1512依存性HCO_3^-輸送はNa^+を要求する事からNa^+/ HCO_3^-共輸送であると考えられることから、slr1512をsbtA(sodium dependent bicarbonate transporter)と命名した。
3)ndhD3のプロモーターをプロモーターを除いたlux遺伝子に繋いだ後らん藻ゲノムに組み込み低CO_2でのみ発光する株を作製した。この株に変異処理を行い、低CO_2下でもndhD3の発現が誘導されない株を単離した。これらの変異株の1つはslr0359が変異していた。
4)これまでの研究でcmpオペロンがHCO_3^-輸送体をコードする事を明らかにした。cmpオペロンは低CO_2条件下で発現が誘導されるが、cbbR遺伝子を不活性化した変異株ではcmpオペロンが発現しない事を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Shibata, M., Ohkawa, H., Kaneko, T., Fukuzawa, H., Tabata, S., Kaplan, A., Ogawa, T.: "Distinct constitutive and low CO_2-induced CO_2 uptake systems in cyanobacteria: Genes involved and their phylogenetic relationship with homologous genes in other organisms"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98. 11789-11794 (2001)
• [文献書誌] Ohkawa, H., Sonoda, M., Shibata, M., Ogawa, T.: "Localization of NAD(P)H dehydrogenase in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. 183: 4938-4939"J. Bacteriol.. 183. 4938-4939 (2001)
• [文献書誌] Tchernov, D., Helman, Y., Keren, N., Luz, B., Ohad, I., Reinhold, L., Ogawa, T., Kaplan, A.: "Passive entry of CO_2 and its intracellular conversion to HCO_3^- in cyanobacteria are driven by a photosystem I- generated ΔμH^+"J. Biol. Chem.. 276. 23450-23455 (2001)
• [文献書誌] Omata T, Gohta S, Takahashi Y, Harano Y, Maeda S.: "Involvement of a CbbR homolog in low CO_2-induced activation of the bicarbonate transporter operon in cyanobacteria"J.Bacteriol.. 183. 1891-1898 (2001)
• [文献書誌] Maeda S, Price GD, Badger MR, Enomoto C, Omata T.: "Bicarbonate binding activity of the CmpA protein of the cyanobacterium Synechococcus sp. strain PCC 7942 involved in active transport of bicarbonate"J. Biol. Chem.. 275. 20551-20555 (2000)