地球環境を支える光合成酸素発生系の解明-反応機構、獲得、継承

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17GS0314
• 研究種目: 学術創成研究費
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 三室 守 京都大学, 大学院・人間環境学研究科, 教授 (40142004)
• 研究分担者: 田中 歩 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (10197402) ; 野口 巧 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (60241246) ; 村上 明男 神戸大学, 内海域環境教育研究センター, 准教授 (50304134) ; 関根 靖彦 立教大学, 理学部, 准教授 (80222074)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2009
• キーワード: 酸素発生 / 光合成 / 葉緑体 / 進化中間体

研究概要

地球環境を支える根幹の反応である光合成酸素発生系について、反応機構、獲得、継承の3点から解析を行った。獲得過程として、光合成細菌からシアノバクテリアへの変遷に伴って最も重要な変化であった光合成色素の置換とその後のタンパク質の最適化過程を解析した。反応機構として、マンガンクラスターの配位子となるアミノ酸の置換などの分子生物学的手法とFTIRに代表される分光学を結合し、解析した。継承過程として、シアノバクテリアの遺伝子が葉緑体に移行する際に満たすべき要件等について解析した。5年間の研究により多くの研究成果を得ることができ、世界の光合成酸素発生系に大きな足跡を残す研究となった。

研究成果

• [雑誌論文] Redox potential of pheophytin a in photosystem II of two cyanobacterial species having different chlorophyll species. (2010)
  • 著者名/発表者名: S.I. Allakhverdiev, T. Tomo, Y. Shimada, H. Kindo, R. Nagao, V.V. Klimov, M. Mimuro
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107 ページ: 3924-3929
  • 査読あり
• [雑誌論文] Participation of chlorophyll b reductase in the initial step of the degradation of light-harvesting chlorophyll a/b-protein complexes in Arabidopsis. (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Horie, H. Ito, M. Kusaba, R. Tanaka, A. Tanaka
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 284 ページ: 17449-17456
  • 査読あり
• [雑誌論文] FTIR evidence that the PsbP extrinsic protein induces protein conformational changes around the oxygen-evolving Mn cluster in photosystem II. (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Tomita, K. Ifuku, F. Sato, T. Noguchi
  • 雑誌名: Biochemistry 48 ページ: 6318-6325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monitoring proton release during photosynthetic water oxidation in photosystem II by means of isotope-edited infrared spectroscopy. (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, M. Sugiura, T. Noguchi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 131 ページ: 7849-7857
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of transcribed and persistent variants of the psbA gene carried by plastid minicircles in a dinoflagellate. (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Iida, A. Kobiyama, T. Ogata, A. Murakami
  • 雑誌名: Curr. Genet. 55 ページ: 583-591
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of repeat-mediated gross mitochondrial genome rearrangements by RecA in the moss Physcomitrella patens. (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Odahara, H. Kuroiwa, T. Kuroiwa, Y. Sekine
  • 雑誌名: Plant Cell 21 ページ: 1182-1194
  • 査読あり
• [雑誌論文] R2R3-type MYB transcription factor, CmMYB1, is a central nitrogen assimilation regulator in Cyanidioschyzon merolae. (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Imamura, Y. Kanesaki, M. Ohnuma, T. Inouye, Y. Sekine, T. Fujiwara, T. Kuroiwa, K. Tanaka
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 ページ: 12548-12553
  • 査読あり
• [雑誌論文] Niche adaptation and genome expansion in the chlorophyll d-producing cyanobacterium Acaryochloris marina. (2008)
  • 著者名/発表者名: W.D. Swingley, M. Chen, P.C. Cheung, A.L. Conrad, L.C. Dejesa, J. Hao, B.M. Honchak, L.E. Karbach, A. Kurdoglu, S. Lahiri, S.D. Mastrian, H. Miyashita, L. Page, P. Ramakrishna, S. Satoh, W.M. Sattley, Y. Shimada, H.L. Taylor, T. Tomo, T. Tsuchiya, Zi T. WW.D. Swingley, M. Chen, P.C. Cheung, A.L. Conrad, L.C. Dejes
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 ページ: 2005-2010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a novel vinyl reductase gene essential for the biosynthesis of monovinyl chlorophyll in Synechocystis sp. PCC6803. (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, M. Yokono, R. Tanaka, A. Tanaka
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 283 ページ: 9002-9011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monitoring water reactions during the S-state cycle of the photosynthetic water-oxidizing center: Detection of the DOD bending vibrations by means of Fourier transform infrared spectroscopy. (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, M. Sugiura, T. Noguchi
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 11024-11030
  • 査読あり
• [雑誌論文] The D1 and D2 proteins of dinoflagellates: unusually accumulated mutations which influence on PSII photoreaction. Photosynth. (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Iida, A. Kobiyama, T. Ogata, A. Murakami
  • 雑誌名: Res. 98 ページ: 415-425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of the special pair of photosystem II in the chlorophyll d-dominated cyanobacterium. (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Tomo, T. Okubo, S. Akimoto, M. Yokono, H. Miyashita, T. Tsuchiya, T. Noguchi, M. Mimuro
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 ページ: 7283-7288
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tetrapyrrole biosynthesis in higher plants. (2007)
  • 著者名/発表者名: R. Tanaka, A. Tanaka
  • 雑誌名: Ann. Rev. Plant Biol. 58 ページ: 321-346
  • 査読あり
• [雑誌論文] Permuted tRNA genes expressed via a circular RNA intermediate in Cyanidioschyzon merolae. (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Soma, A. Onodera, J. Sugahara, A. Kanai, N. Yachie, M. Tomita, F. Kawamura, Y. Sekine
  • 雑誌名: Science 318 ページ: 450-453
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence properties of the chlorophyll d-dominated cyanobacterium Acaryochloris sp. strain Awaji. (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Akimoto, A. Murakami, M. Yokono, K. Koyama, T. Tsuchiya, H. Miyashita, I. Yamazaki, M. Mimuro
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 178 ページ: 122-129
  • 査読あり
• [学会発表] ペリディニン型渦鞭毛藻におけるPSIIコアタンパク質の変異性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 飯田聡子, 小檜山篤志, 緒方武比古, 村上明男
  • 学会等名: 第50回植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20090321-20090324
• [学会発表] ゲノムデータに基づくオルガネラ移行シグナル配列の獲得過程の予測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 堀孝一, 関根靖彦
  • 学会等名: 日本進化学会第10回東京大会ワークショップ「ゲノム・トランスクリプトーム情報から植物の進化に迫る」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080822-20080824
• [学会発表] Regulation and function of chlorophyll metabolism. (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Tanaka
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, Mitochondria & Chloroplasts
  • 発表場所: Biddeford, ME (USA)
  • 年月日: 20080810-20080815
• [学会発表] Components and photochemical reactions in photosystem II of the Chl d-dominated cyanobacterium, Acaryochloris marina. (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Mimuro, T. Tomo, T. Tsuchiya, T. Okubo, T. Noguchi, S. Akimoto
  • 学会等名: 7th International symposium on tetrapyrrole photoreceptors in photosynthetic organisms
  • 発表場所: Kyoto (Japan)
  • 年月日: 20071209-20071214
• [学会発表] FTIR study on the proton release pattern during water oxidation in photosystem II core complexes from Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, M. Sugiura, T. Noguchi
  • 学会等名: Photosynthesis 2007
  • 発表場所: Glasgow (UK)
  • 年月日: 20070722-20070727
• [図書] 科学雑誌「ニュートン」「光合成」特集号の監修 (2008)
  • 著者名/発表者名: 三室守, 野口巧
  • 総ページ数: 14-51
• [図書] Recent progress of bio/chemiluminescence and fluorescence analysis in photosynthesis. (2005)
  • 著者名/発表者名: N. Wada, M. Mimuro
  • 総ページ数: 127-147
  • 出版者: Research Signpost
• [産業財産権] アシフルオロフェンに対する耐性を付与する活性を有するプロトポルフィリノーゲンオキシダーゼ及びその遺伝子 (2005)
  • 発明者名: 田中歩, 田中亮一, 加登一成, 深川尊子
  • 権利者名: 日本曹達株式会社,国立大学法人北海道大学
  • 産業財産権番号: 特願2005-278942
  • 出願年月日: 2005-09-26