緑藻クラミドモナスにおける二酸化炭素環境に応じた葉緑体レトログレードシグナル機構

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17J08280
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 豊川 知華 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• キーワード: 光合成 / 無機濃縮機構 / CO2シグナル伝達 / 緑藻クラミドモナス / ピレノイド / デンプン / イソアミラーゼ

研究実績の概要

葉緑体レトログレードシグナルの制御因子であるCASについて、CO2濃度の変化に応じた局在変化を知るため、CAS-Clover発現株またはCAS-Venus発現株の作出を試みたが、安定的に蛍光を維持する株は取得できなかった。そこで、CCMに必須である炭酸脱水酵素と推定されているLCIBのCO2濃度の変化に応じた局在変化に焦点を絞って研究を進めた。昨年度単離した6株のLCIBの局在異常株のうち4-D1株では、野生型と比べてLCIBのピレノイドへの移動が遅れ、時間が経過するとLCIBはピレノイドの外側に凝集した。さらに、4-D1株ではデンプンが蓄積されないことが明らかになり、LCIBのピレノイド周囲への局在変化にデンプン合成が関与する可能性が初めて示唆された。
また、Intelligent Image-Activated Cell Sorter（iIACS）を用いて、超低CO2条件でもLCIBが葉緑体中に分散したままのLCIB局在異常株を、約22万個の中から約2,000個選別できた。共焦点レーザー顕微鏡観察により、選別された株の約70%がLCIBの局在異常を再現した（Nitta et al., Cell, 2018）。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

安定的なCAS蛍光株の作出は困難であったが、LCIBの局在異常株である4-D1株がデンプンの蓄積が欠損する表現型を示したことから、LCIBのピレノイド周囲への局在変化にデンプン合成が関与する可能性が示された。4-D1株では、レトログレードシグナルの発信源であるピレノイドの周囲に形成されるデンプン鞘が欠損すると推測されるため、これまで明らかとなっていない、デンプン鞘とCCMの関連性を明らかにできる可能性が考えられる。さらに、LCIBの局在異常株の大規模スクリーニングに成功し、この結果を論文として報告できた。

今後の研究の推進方策

これまでのスクリーニングによって得られたLCIBの局在異常株について、変異原因遺伝子を同定し、未知のCO2センサーなど、LCIBの局在変化を制御する機構を明らかにする。レトログレードシグナルにデンプン鞘が関与する可能性を調べるために、得られた変異株におけるHCO3-輸送体であるLCIAの蓄積量を調べ、CASを介したレトログレードシグナルの寄与を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Intelligent Image-Activated Cell Sorting (2018)
  • 著者名/発表者名: Nao Nitta, Takeaki Sugimura, Akihiro Isozaki, Hideharu Mikami, Kei Hiraki, Shinya Sakuma, Takanori Iino, Fumihito Arai, Taichiro Endo, Yasuhiro Fujiwaki, Hideya Fukuzawa, …, Chihana Toyokawa, …, Takashi Yamano, …,Sotaro Uemura, Yasuyuki Ozeki, Keisuke Goda
  • 雑誌名: Cell 巻: 175 ページ: 266～276.e13
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.08.028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスのCO2濃縮機構に必須な因子LCIBの局在制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊川 知華，松岡 俊樹，西村 明洋，山野 隆志，福澤 秀哉
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスのCO2濃縮機構に必須な因子LCIBの局在制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊川 知華，松岡 俊樹，山野 隆志，福澤 秀哉
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会