炭素と窒素のモニタリングによる光合成の順化機構の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04805
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 福澤 秀哉 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (30183924)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 二酸化炭素 / 緑藻クラミドモナス / 光合成 / CO2濃縮機構 / タンパク質リン酸化酵素 / リン酸化プロテオーム解析 / 栄養環境 / ピレノイド

研究実績の概要

（１）無機炭素センシング経路：レトログレードシグナル伝達を担うチラコイド膜局在性Ca結合タンパク質CASの局在を高解像度で明らかにした。高CO2 (5% v/v)条件では、メッシュ状にクロロフィル蛍光と不連続に重なる局在を示したが、低CO2条件では、ピレノイドの中心部分に車輪軸状に集合した。これは、CASタンパク質がチラコイド膜を経由してピレノイド内部に移動することが、CCMの制御に重要である事を示唆した。また、CO2濃度の低下に伴いピレノイド周囲に移動するLCIBの移動が遅延する変異株4-D1は、isoamylase 1（ISA1）遺伝子が変異し、ピレノイド周囲のデンプン鞘が形成できず、光合成における無機炭素に対する親和性が低下した。つまり、CCMの完全な誘導には、デンプン鞘がLCIBの移動とCO2の拡散障壁もしくはO2の侵入防止を担うことが明らかになった。
（２）タンパク質リン酸化酵素TAR1を介したC/Nシグナル応答の分子制御機構の一部を明らかにした。１）5%濃度CO2通気かつ窒素栄養欠乏条件下において、tar1-1は、高細胞生存率、高クロロフィル蓄積、高TAG・高デンプン蓄積の表現型を示した。さらに、光合成関連タンパク質の分解が抑制され、野生株よりも高い光合成能を維持した。これは、TAR1がN欠乏シグナルを伝達し、活性酸素種の発生を正に制御し、それに伴い細胞生存率と、光合成関連タンパク質の分解を促進することで光合成活性と細胞生存を負に制御することが示唆された。２）TAR1は配偶子誘導（有性生殖への生殖相転換）を正に制御する因子であった。３）in vitro反応物ならびにin vivoのリン酸化プロテオーム比較解析により、TAR1のリン酸化標的候補因子を18個推定することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Pyrenoid Starch Sheath Is Required for LCIB Localization and the CO2-Concentrating Mechanism in Green Algae (2020)
  • 著者名/発表者名: Toyokawa Chihana、Yamano Takashi、Fukuzawa Hideya
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 182 ページ: 1883～1893
  • DOI: 10.1104/pp.19.01587
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Algal Autophagy Is Necessary for the Regulation of Carbon Metabolism Under Nutrient Deficiency (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajikawa Masataka、Fukuzawa Hideya
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 36
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CrABCA2 Facilitates Triacylglycerol Accumulation in Chlamydomonas reinhardtii under Nitrogen Starvation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jang S, Kong F, Lee J, Choi BY, Wang P, Gao P, Yamano T, Fukuzawa H, Kang BH, Lee Y
  • 雑誌名: Molecules and Cells 巻: 43 ページ: 48-57
  • DOI: 10.14348/molcells.2019.0262
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transformation of the Model Microalga Chlamydomonas reinhardtii Without Cell-Wall Removal (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamano Takashi、Fukuzawa Hideya
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2050 ページ: 155～161
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9740-4_16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lipid remodeling regulator 1 (LRL1) is differently involved in the phosphorus‐depletion response from PSR 1 in Chlamydomonas reinhardtii (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidayati Nur A.、Yamada‐Oshima Yui、Iwai Masako、Yamano Takashi、Kajikawa Masataka、Sakurai Nozomu、Suda Kunihiro、Sesoko Kanami、Hori Koichi、Obayashi Takeshi、Shimojima Mie、Fukuzawa Hideya、Ohta Hiroyuki
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 100 ページ: 610～626
  • DOI: 10.1111/tpj.14473
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 緑藻クラミドモナスにおける光合成ターボエンジンの駆動と制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山野 隆志、福澤 秀哉
  • 雑誌名: 光合成研究 巻: 29 ページ: 14-28
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The bZIP1 Transcription Factor Regulates Lipid Remodeling and Contributes to ER Stress Management in Chlamydomonas reinhardtii (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka Yasuyo、Shin Seungjun、Choi Bae Young、Kim Hanul、Jang Sunghoon、Kajikawa Masataka、Yamano Takashi、Kong Fantao、L?geret Bertrand、Fukuzawa Hideya、Li-Beisson Yonghua、Lee Youngsook
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 31 ページ: 1127～1140
  • DOI: 10.1105/tpc.18.00723
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inner lumen proteins stabilize doublet microtubules in cilia and flagella (2019)
  • 著者名/発表者名: Owa Mikito、Uchihashi Takayuki、Yanagisawa Haru-aki、Yamano Takashi、Iguchi Hiro、Fukuzawa Hideya、Wakabayashi Ken-ichi、Ando Toshio、Kikkawa Masahide
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 1143
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09051-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Algal Protein Kinase, Triacylglycerol Accumulation Regulator 1, Modulates Cell Viability and Gametogenesis in Carbon/Nitrogen-Imbalanced Conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinkawa Haruka、Kajikawa Masataka、Nomura Yuko、Ogura Mayu、Sawaragi Yuri、Yamano Takashi、Nakagami Hirofumi、Sugiyama Naoyuki、Ishihama Yasushi、Kanesaki Yu、Yoshikawa Hirofumi、Fukuzawa Hideya
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 ページ: 916～930
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isolation and Characterization ofChlamydomonasAutophagy-Related Mutants in Nutrient-Deficient Conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Kajikawa Masataka、Yamauchi Marika、Shinkawa Haruka、Tanaka Manabu、Hatano Kyoko、Nishimura Yoshiki、Kato Misako、Fukuzawa Hideya
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 ページ: 126～138
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスの脂質蓄積の制御(1)タンパク質リン酸化酵素TAR1の機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 新川 はるか、太田 羽藍、梶川 昌孝、野村 裕子、小倉 真優、椹木 裕里、山野 隆志、中神 弘史、杉山直幸、石濱 泰、兼崎 友、吉川 博文、福澤秀哉
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスのデンプン鞘はCO2濃縮機構に寄与する (2020)
  • 著者名/発表者名: 山野 隆志、豊川 知華、福澤 秀哉
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会
• [学会発表] 高CO2かつ窒素欠乏条件でTAGを高蓄積する緑藻クラミドモナスの変異体B10株の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長房 すずか、宮本 あすか、新川 はるか、新川 友貴、山野 隆志、辻 敬典、梶川 昌孝、福澤 秀哉
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 藻類のタンパク質リン酸化酵素Triacylglycerol Accumulation Regulator1はC/Nストレス条件下における細胞生存率と配偶子誘導を制御する (2020)
  • 著者名/発表者名: 新川 はるか、梶川 昌孝、椹木 裕里、山野 隆志、兼崎 友、吉川 博文、福澤 秀哉
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] クラミドモナスにおけるデンプン鞘はCO2濃縮機構に必要である (2020)
  • 著者名/発表者名: 豊川 知華、山野 隆志、福澤 秀哉
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスのSAGA1変異株は異常なピレノイドの形態だけでなく重炭酸イオン取り込み機能の抑制による影響で高CO2要求性の表現型を示す (2020)
  • 著者名/発表者名: 嶋村 大亮、新川 友貴、山野 隆志、福澤 秀哉
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] C/N ストレス条件でTAGを高蓄積する緑藻変異株B10株の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長房 すずか、宮本 明日香、新川 はるか、新川 友貴、山野 隆志、辻 敬典、梶川 昌孝、福澤秀哉
  • 学会等名: 第32回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] ゼニゴケDYRK型タンパク質リン酸化酵素MpYak1は、無性芽の休眠と生殖器誘導の制御に関与する (2019)
  • 著者名/発表者名: 新川 はるか、梶川 昌孝、西浜 竜一、河内 孝之、福澤秀哉
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] CO2濃縮に関わるデンプン結合性因子の同定とCRISPR/Cas9による遺伝子破壊 (2019)
  • 著者名/発表者名: 嶋村 大亮、新川 友貴、山野 隆志、福澤 秀哉
  • 学会等名: 第37日本植物細胞分子生物学会大会
• [学会発表] インテリジェント画像活性細胞選抜法によるタンパク質局在変化を指標にした藻類細胞の高速変異株スクリーニング (2019)
  • 著者名/発表者名: 山野 隆志、豊川 知華、新田 尚、杉村 武昭、磯崎 瑛宏、飯野 敬矩、伊藤 卓朗、合田 圭介、福澤 秀哉
  • 学会等名: 第13回クラミドモナス研究会
• [学会発表] ピレノイド周囲のデンプン鞘はLCIBの局在と無機炭素濃縮機構に必要である (2019)
  • 著者名/発表者名: 豊川 知華、山野 隆志、松岡 俊樹、福澤 秀哉
  • 学会等名: 第13回クラミドモナス研究会
• [学会発表] クラミドモナスのゲノムリソースの現状 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福澤 秀哉
  • 学会等名: 第13回クラミドモナス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスのデンプン鞘はLCIBの局在と無機炭素濃縮機構に必要である (2019)
  • 著者名/発表者名: 豊川 知華、山野 隆志、福澤 秀哉
  • 学会等名: ユーグレナ研究会 第35回研究集会
• [備考] 藻類のオイル生産を制御する因子を同定 －有用脂質生産の自在制御に向け大きな一歩－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2019/190727_1.html
• [備考] オートファジーが微細藻の生存・デンプンの蓄積・脂質の分解に必要であることを解明 －藻類バイオ燃料生産
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/181006_1.html
• [備考] 光合成により生じたデンプンの新たな機能を発見
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2020/200406_2.html