2019 年度研究成果報告書

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

研究課題

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研究課題/領域番号	16H04805
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	植物分子・生理科学
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
研究成果の概要	光合成生物は、無機栄養源の欠乏に応じて光合成や生殖を制御し生存する。この環境馴化に関わる新奇因子を緑藻クラミドモナスから見出し、次の点を明らかにした。１）光合成の維持に必須なCO2濃縮機構（CCM）の誘導には、葉緑体カルシウムセンサータンパク質CASが必要である、２）CO2固定酵素の集合体ピレノイド周囲のデンプン鞘はCCMに必要であり、CO2の漏出防止と炭酸脱水酵素の配置に働く、３）窒素飢餓では、DYRK型タンパク質リン酸化酵素TAR1がROS発生を促し、光合成関連タンパク質の分解と配偶子形成を誘導する、４）オートファジーが光合成の維持ならびにデンプンの蓄積・維持に必要である。
自由記述の分野	分子細胞生物学
研究成果の学術的意義や社会的意義	光合成は、全ての生物の生存を支える基本反応であるが、光合成生物は環境の変化に応じて自ら光合成反応を制御することで生存を図っている。特に光合成基質の二酸化炭素は水中では枯渇することになるので、光合成維持には無機炭素濃縮機構が光強度に応じて誘導される。また、無機栄養源の枯渇によっても光合成は制御を受ける。今回、新しい光合成の制御因子（CAS, TAR1, デンプン鞘、オートファジー）を明らかにしたことで、生命維持機構の理解に貢献し、食糧生産に資する植物分子育種に新しい技術の可能性を示した。