黎明期の光合成

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14390051
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 神奈川大学
• 研究代表者: 井上 和仁 神奈川大学, 理学部, 助教授 (20221088)
• 研究分担者: 鈴木 祥弘 神奈川大学, 理学部, 専任講師 (50301586) ; 永島 賢治 東京都立大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80264589) ; 藤田 祐一 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 助教授 (80222264)
• キーワード: 光合成 / 光合成細菌 / 色素 / 進化 / クロロフィル / カロテノイド / 環境適応 / シアノバクテリア

研究概要

本年度は、光合成の初期進化の姿を明らかにするために、次の研究項目を遂行した。
(1)色素合成系遺伝子をプローブとした光合成生物の系統解析
緑色糸状細菌Roseiflexus castenholziiのバクテリオクロロフィル合成遺伝子を新たに4つ同定した(永島,井上)。新種のヘリオバクテリアHeliophilum fasciatumからのバクテリオクロロフィルgの合成に関与する遺伝子を2種単離した(井上、鈴木)。
(2)ニトロゲナーゼからのプロトクロロフィリドリダクターゼの進化
光合成細菌Rhodobacter capsulatusと広宿主城ベクターpJRD215を用いて、光非依存性プロトクロロフィリド還元酵素(DPOR)の各コンポーネント;Lコンポーネント(BchL蛋白質)、NBコンポーネント(BchN-BchB複合体)の大量発現系を構築し、R.capsulatusの各形質転換体の粗抽出液を混合することにより安定なアッセイ系を確立し、DPORの酵素化学的性質を検討する基盤を整備した(藤田)。また,このサンプルの鉄硫黄クラスターの状態をESRにより調べた(井上)。
(3)クロロフィリドリダクターゼの進化
紅色光合成細菌Rubrivivax gelatinosusを用い、バクテリオクロロフィル前駆体のB環の二重結合飽和化にかかわると考えられる三つの遺伝子の欠損変異株を作成した。いずれの変異株でもバクテリオクロロフィルは合成されず、クロロフィライドの蓄積が観察された(永島)。
(4)エネルギー代謝系の進化
光合成電子伝達成分としてオーラシアニンおよびキノン-オーラシアニン酸化還元酵素の存在を示唆した(永島)。ヘリオバクテリアから2種のフェレドキシンを精製,そのアミノ酸配列と遺伝子配列を決定した。また,このフェレドキシンは酸素感受性に顕著な差があることを見い出した(井上)。

研究成果

• [文献書誌] Kada, S., Koike, H., Satoh, K., Hase, T., Fujita, Y.: "Arrest of chlorophyll synthesis and differential decrease of photosystems I and II in a cyanobacterial mutant lacking light-independent protochlorophyllide reductase"Plant Molecular Biology. vol.51,No.2. 225-235 (2003)
• [文献書誌] Masuda, S., Tsukatani, Y., Kimura, Y., Nagashima, K.V.P., (他)2名: "Mutational analyses of the photosynthetic reaction-center-bound triheme cytochrome subunit and cytochrome c2 in the purple bacterium, Rhodovulum sulfidophilum"Biochemistry. 41. 11211-11217 (2002)
• [文献書誌] Nagashima, S., Shimada, K., Matsuura, K., Nagashima, K.V.P.: "Transcription of three sets of genes coding for core light-harvesting proteins in the purple sulfur bacterium, Allochromatium vinosum"Photosynth. Res.. 74. 269-284 (2002)
• [文献書誌] Nagashima, K.V.P., Matsuura, K., Shimada, K., Vermeglio, A.: "High-potential iron-sulfur protein (HiPIP) is the major electron donor to the reaction center complex in photosynthetically growing cells of the purple bacterium, Rubrivivax gelatinosus"Biochemistry. 41. 14028-14032 (2002)
• [文献書誌] Maki, H., Matsuura, K., Shimada, K., Nagashima, K.V.P.: "Chimeric photosynthetic reaction center complex of purple bacteria composed of the core subunits of Rubrivivax gelatinosus and the cytochrome subunit of Blastochloris viridis"J.Biol.Chem.. 278. 3921-3928 (2003)
• [文献書誌] Hatano, A., Sea, D., Inoue, K., Sakurai, H.: "Isolation and partial characterization of two ferredoxins from the photosynthetic bacterium Heliobacillus mobills"J.Photoscience. (9)(2). 388-390 (2002)
• [文献書誌] Fujita, Y., Bauer, C.E.: "The light-independent protochlorophyllide reductase : A nitrogenase-like enzyme catalyzing a key reaction for greening in the dark. Porphyrin Handbook"Academic Press In Porphyrin Handbook, Edited by Kadish, K.M., Smith, K.M., Guillard, R., vol.13(2003)pp.109-156. 48 (2003)