藻類の重炭酸イオン輸送におけるCa2+とCO2のクロストーク制御

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07399
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山野 隆志 京都大学, 生命科学研究科, 講師 (70570167)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 重炭酸イオン輸送体 / CO2シグナル伝達 / クラミドモナス / CO2濃縮機構 / ピレノイド / デンプン鞘

研究実績の概要

本研究の目的は、緑藻クラミドモナスのCO2濃縮機構（CCM）の制御機構を明らかにすることである。具体的には、CCMを駆動する重炭酸輸送体が、カルシウムイオン結合タンパク質CASとCCMのマスター制御因子CCM1のクロストークによってどのように制御されるのかを明らかにする。また、CASが環境中のCO2濃度に応答して葉緑体内でダイナミックに局在を変化させることから、CO2に応答したタンパク質局在変化がどのように制御されているのかについても明らかにする。今年度は、特に後者の研究目的に注目し、CCMに必須なLCIBタンパク質のピレノイド周囲への局在変化に関わる因子を同定した。具体的には、ガスクロマトグラフィを用いて培地中の無機炭素濃度を測定しながらLCIBの局在を観察し、LCIBの局在変化が培地中のCO2濃度に依存することを明らかにした。さらに、LCIBの局在変化が異常になった変異株4-D1を単離した。4-D1株はLCIBのピレノイドへの移動が遅延し、葉緑体の基底側にLCIBが異常凝集する表現型を示した。4-D1株では、デンプン枝切り合成酵素isoamylase 1（ISA1）の遺伝子が破壊されており、ピレノイド周囲のデンプン鞘が形成されなかった。また、4-D1株では光合成における無機炭素に対する親和性が低下し、野生株に比べて生育が遅延した。以上の結果から、デンプン鞘はピレノイドから漏れ出るCO2の物理的な障壁となること、そして、それでも漏れ出たCO2をリサイクルするLCIBをデンプン鞘の周りに正しく配置するのに必要であることを明らかにした。デンプン鞘が形成できない変異株では、デンプン鞘によるCO2の拡散障壁としての機能が失われただけでなく、LCIBが葉緑体の基底側で凝集するため、CO2をリサイクルする機能の一部も失われ、無機炭素に対する親和性が低下し、生育が遅延したと考えられる。

研究成果

• [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 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamano T, Fukuzawa H
  • 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
• [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 Y, Shin S, Choi Bae Y, Kim H, Jang S, Kajikawa M, Yamano T, Kong F, Legeret B, Fukuzawa H, Li-Beisson Y, Lee Y
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 31 ページ: 1127-1140
  • DOI: 10.1105/tpc.18.00723
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A practical guide to intelligent image-activated cell sorting (2019)
  • 著者名/発表者名: Isozaki A, Mikami H, Hiramatsu K, Sakuma S, Kasai Y, Iino T, Yamano T, Yasumoto A, Oguchi Y, Suzuki N, Shirasaki Y, Endo T, Ito T, Hiraki , Yamada M, Matsusaka S, Hayakawa T, Fukuzawa H, Yatomi Y, Arai F, Di Carlo D, Nakagawa A, Hoshino Y, Hosokawa Y, Uemura S, Sugimura T, Ozeki Y, Nitta N, Goda K
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 14 ページ: 2370-2415
  • DOI: 10.1038/s41596-019-0183-1
  • 査読あり / 国際共著
• [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 NA, Yamada‐Oshima Y, Iwai M, Yamano T, Kajikawa M, Sakurai N, Suda K, Sesoko K, Hori K, Obayashi T, Shimojima M, Fukuzawa H, Ohta H
  • 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
• [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（大阪大学 吹田キャンパス）
• [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（大阪大学 吹田キャンパス）
• [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 （九州大学 伊都キャンパス）
• [学会発表] Running and regulation of photosynthetic turbocharger engine in green alga (2019)
  • 著者名/発表者名: 山野 隆志
  • 学会等名: ERATOセミナー（理化学研究所和光キャンパス）
  • 招待講演
• [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（東京工業大学 すずかけ台キャンパス 大学会館）
• [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（東京工業大学 すずかけ台キャンパス 大学会館）
• [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（京都府立大学 稲盛記念会館）
• [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（大阪府立大学 I-siteなんば）
• [備考] 京都大学微生物細胞機構学研究室ホームページ
  • URL: http://www.molecule.lif.kyoto-u.ac.jp/index.html