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2007 年度 実績報告書

光合成炭素固定酵素ルビスコ機能発現の分子機構

研究課題

研究課題/領域番号 17208031
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

横田 明穂  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (40118005)

研究分担者 明石 欣也  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (20314544)
蘆田 弘樹  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (50362851)
宗景 ゆり  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (30423247)
キーワード光合成 / 炭素固定 / ルビスコ / 機能分子進化 / 機能改良 / カルビン回路 / 古細菌
研究概要

古細菌や枯草菌に広く分布するルビスコ様蛋白質(RLP)の一次構造中に、光合成ルビスコの炭酸ガス固定に必須の残基を導入した。しかし炭酸ガス固定活性が導入されず、今後さらに他の残基を導入することとなった。紅藻ガルディエリアのルビスコが持つ優良ルビスコ部位であるループ6ラッチ構造をラン藻ルビスコに導入した結果、ラン藻ルビスコの炭酸ガス固定能力に改善が認められた。そこでさらに、タバコルビスコにもこのラッチ構造を導入しつつある。すでに、ラッチ構造導入ルビスコを持つタバコの作出には成功し平成20年度にその機能解析と行う予定である。
枯草菌に存在するメチオニンサルベージ経路の進化的役割として、太古自然環境下でのリボースからのリジン等のアミノ酸合成が考えられる。そこで枯草菌メチオニンサルベージ経路に関与する酵素群のリコンビナント蛋白質を作成し活性測定したところ予想どおりの活性が検出された。今後ここの反応の動力学的な解析を手がける予定である。
カルビン回路の進化についても身を見張る発見があった。地球上生物の進化の過程で、ラン藻が最初に光合成を始めたのは、現在から35億年ほど前であると推定されている。それ以前にすでにルビスコを含めてカルビン回路の原型となる代謝経路あるいはそのための遺伝子セットが存在していたはずである。光合成カルビン回路が実現するには、古細菌などの糖代謝経路にルビスコとルビスコの基質であるリブロースビスリン酸合成酵素(PRK)が導入される必要があった。我々は最近、これら両酵素が遺伝子が光合成生物の進化以前にすでに一部の古細菌で機能したいた可能性を示す結果を得つつある。今後のこの研究についても強力に推進していく。
これまで分子遺伝学的に同定してきた機能未知の葉緑体蛋白質合成系関連遺伝子の機能を同定しようとしている。これまで、ルビスコを正常の合成できないシロイヌナズナ変異株12株から、その影響が特に強力であるnara4,5,12遺伝子と蛋白質の機能を確定しうつあり、今後も引き続き行う。
最近ある種のラン藻で機能が明らかにされたRbcXの機能を、植物葉緑体でのラン藻ルビスコ生合成においても重要な役割を担っていることを見出した。また、ラン藻光合成において重要な役割を果たしているCO_2濃縮系に関与するccmM遺伝子内に含まれるrbcSホモログのルビスコの機能発現における役割について解析している。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (17件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] RuBisCO-like proteins as the enolase enzyme in the methionine salvage pathway: Functional and evolutionary relationships between RuBisCO-like proteins and photosynthetic RuBisCO.2008

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Ashida
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Botany 59

      ページ: 1543-1554

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular mechanisms of RuBisCO biosynthesis in higher plants.2008

    • 著者名/発表者名
      Kenji Nishimura
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology 25(in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enzymatic characterization of 5-methylthioribulose-1-phosphate dehydratase of the methionine salvage pathway from Bacillus subtilis.2008

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Ashida
    • 雑誌名

      Bioscience Biotechnology Biochemistry 72

      ページ: 959-967

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structure of 5-methylthioribose 1-phosphate isomerase product complex from Bacillus subtilis: Implicationsfor catalytic mechanism.2007

    • 著者名/発表者名
      Haruka Tamura
    • 雑誌名

      Protein Science 17

      ページ: 126-135

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enzymatic Characterization of 5-Methylthioribose 1-Phosphate Isomerase from Bacillus subtilis.2007

    • 著者名/発表者名
      Yohtaro Saito
    • 雑誌名

      Bioscience Biotechnology Biochemistry 71

      ページ: 2021-2028

    • 査読あり
  • [学会発表] ラン藻カルボキシソーム構成タンパク質CcmMが有するRuBisCO small subunit-like domainとRuBisCO small subunitの機能的関連性2008

    • 著者名/発表者名
      山下 宣容
    • 学会等名
      日本農芸化学会年会
    • 発表場所
      名城大学天白キャンパス
    • 年月日
      2008-03-27
  • [学会発表] メチオニン再生経路の酵素群によるリボース新規代謝経路2008

    • 著者名/発表者名
      中野寿宏
    • 学会等名
      日本農芸化学会年会
    • 発表場所
      名城大学天白キャンパス
    • 年月日
      2008-03-27
  • [学会発表] RuBisCO-like proteinの解析から見えてきたRuBisCO誕生の分子機構2008

    • 著者名/発表者名
      蘆田弘樹
    • 学会等名
      日本植物生理学会第49回年会シンポジウム
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2008-03-22
  • [学会発表] Analysis of the molecular evolution of Phosphoribulokinase, a key Calvin cycle enzyme, in primitive cyanobacterium Gloeobacter violaceous.2008

    • 著者名/発表者名
      SANDHYA MEHROTRA
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2008-03-21
  • [学会発表] シロイヌナズナ葉緑体rRNAの成熟化に異常があるnara12変異株の解析2008

    • 著者名/発表者名
      西村健司
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2008-03-20
  • [学会発表] 枯草菌RuBisCO-like proteinと光合成RuBisCOに共通する構造と機能2008

    • 著者名/発表者名
      齋藤洋太郎
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2008-03-20
  • [学会発表] RuBisCO-like proteinの研究から光合成CO_2固定酵素RuBisCOの分子進化の謎にせまる2008

    • 著者名/発表者名
      蘆田弘樹
    • 学会等名
      分子研研究会「分子の視点から見る光合成」招待講演
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター
    • 年月日
      2008-03-11
  • [学会発表] イネ由来RuBisCOと紅藻由来RuBisCOの硫酸イオン複合体に見られた立体構造の違い2007

    • 著者名/発表者名
      小村泰浩
    • 学会等名
      日本結晶学会2007年度年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20071201-02
  • [学会発表] メチオニン回収経路で機能する枯草菌由来RLPのX線結晶構造解析2007

    • 著者名/発表者名
      田村はるか
    • 学会等名
      日本結晶学会2007年度年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20071201-02
  • [学会発表] STRUCTURAL DIFFERENCE BETWEEN RICE AND RED ALGA RUBISCO COMPLEXED WITH SULFATE.2007

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Komura
    • 学会等名
      The 8th Conference of the Asian Crystallographic Association, AsCA'07
    • 発表場所
      台北
    • 年月日
      20071104-07
  • [学会発表] Crystal structure of 5-methylthioribose 1-phosphate isomerase product complex from Bacillus subtilis: Implications for catalytic mechanism.2007

    • 著者名/発表者名
      Haruka Tamura
    • 学会等名
      The 8th Conference of the Asian Crystallographic Association, AsCA'07
    • 発表場所
      台北
    • 年月日
      20071104-07
  • [学会発表] Isolation and characterization of genes necessary for achievement of RuBisCO accumulation in Arabidopsis thaliana.2007

    • 著者名/発表者名
      Taro Ogawa
    • 学会等名
      14th International congress of photosynthesis
    • 発表場所
      Glasgow, UK
    • 年月日
      20070722-27
  • [学会発表] Improvement of cyanobacterial RuBisCO by introducing the latch structure involved in high affinity for CO_2 in red algal RuBisCO.2007

    • 著者名/発表者名
      Nana NINOMIYA
    • 学会等名
      14th International congress of photosynthesis
    • 発表場所
      Glasgow, UK
    • 年月日
      20070722-27
  • [学会発表] Evolutionary potential of RuBisCO-like protein in Bacillus subtilis: Interaction with transition-state analogue of RuBisCO.2007

    • 著者名/発表者名
      Yohtaro SAITO
    • 学会等名
      14th International congress of photosynthesis
    • 発表場所
      Glasgow, UK
    • 年月日
      20070722-27
  • [学会発表] RuBisCO-like proteins、 guest speaker2007

    • 著者名/発表者名
      Hiroki ASHIDA
    • 学会等名
      Research Frontiers with Rubisco - the "Elixir of Life" in the Biosphere. l4th International Congress of Photosynthesis Satellite Meeting
    • 発表場所
      Harpenden, UK
    • 年月日
      20070720-21
  • [学会発表] 植物葉緑体形質転換とその応用性2007

    • 著者名/発表者名
      蘆田 弘樹
    • 学会等名
      ファイトテクノロジー交流会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2007-10-20
  • [学会発表] Isolation and characterization of genes necessary for achievement of RuBisCO accumulation in Arabidopsis thaliana.2007

    • 著者名/発表者名
      Kenji NISHIMURA
    • 学会等名
      JSPS Colloquium "Frontiers in Plant Biotechnology"
    • 発表場所
      Stockholm University, Sweden
    • 年月日
      2007-10-04
  • [図書] Engineering photosynthetic pathways, In Bioengineering and Molecular Biology of Plant Pathways, Volume 1(Eds., H. J. Bohnert and H. T. Nguyen)in Advances in Plant Biochemistry and Molecular Biology(Elsevier, Executive Editor, N. G. Lewis)2008

    • 著者名/発表者名
      Akiho Yokota
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      Elsevier

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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