分子進化に基づいた光合成炭素固定酵素ルビスコの機能改良とその発現植物体の創成

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18688021
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 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, 助教授 (50362851)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 植物 / 光合成 / CO2固定 / ルビスコ / 分子進化 / 紅藻

研究概要

ルビスコ祖先タンパク質とルビスコの比較解析から、両酵素で共通な触媒残基を明らかにした。これを基に祖先タンパク質にルビスコ触媒必須残基を導入し、試験管内でルビスコへの分子進化に成功した。紅藻ルビスコが持つ高CO_2識別残基をラン藻ルビスコに導入し、CO_2識別能を20%高めることに成功した。さらに、この残基をタバコルビスコに導入したタバコ形質転換体を作出した。紅藻ルビスコ遺伝子導入タバコの解析から、高機能外来性ルビスコの葉緑体機能発現の問題点を明らかにし、その解決策を導き出した。

研究成果

• [雑誌論文] Structural and functional similarities between a RuBisCO-like protein from Bacillus subtilis and photosynthetic RuBisCO (2009)
  • 著者名/発表者名: Yohtaro Saito, Hiroki Ashida, Tomoko Sakiyama, Nicole Tandeau de Marsac, Antoine Danchin, Agnieszka Sekowska, and Akiho Yokota
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 284 ページ: 13256-13264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of 2,3-diketo-5-methylthiopentyl-1-phosphate enolase from Bacillus subtilis (2009)
  • 著者名/発表者名: Haruka Tamura, Hiroki Ashida, Shogo Koga, Yohtaro Saito, Tomonori Yadani, Yasushi Kai, Tsuyoshi Inoue, Akiho Yokota and Hiroyoshi Matsumura
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F65 ページ: 147-50
  • 査読あり
• [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, Yohtaro Saito, Toshihiro Nakano, Nicole Tandeau de Marsac, Agnieszka Sekowska, Antoine Danchin and Akiho Yokota
  • 雑誌名: J. Exp. Bot. 59 ページ: 1543-54
  • 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, Taro Ogawa, Hiroki Ashida, and Akiho Yokota
  • 雑誌名: Plant biotech. 25 ページ: 285-290
• [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, Yohtaro Saito, Chojiro Kojima and Akiho Yokota
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 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 : Implications for catalytic mechanism (2007)
  • 著者名/発表者名: Haruka Tamura, Yohtaro Saito, Hiroki Ashida, Tsuyoshi Inoue, Yasushi Kai, Akiho Yokota, and Hiroyoshi Matsumura
  • 雑誌名: Protein Sci. 17 ページ: 126-35
  • 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, Hiroki Ashida, Chojiro Kojima, Haruka Tamura, Hiroyoshi Matsumura, Yasushi Kai, Akiho Yokota
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 71 ページ: 2021-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Rubisco-like Protein Coexists with a Photosynthetic Rubisco in the Planktonic Cyanobacteria Microcystis (2006)
  • 著者名/発表者名: Alyssa Carre-Mlouka, Annick Mejean, Philippe Quillardet, Hiroki Ashida, Yohtaro Saito, Akiho Yokota, Isabelle Callebaut, Agnieszka Sekowska, Elke Dittmann, Christiane Bouchier, and Nicole Tandeau de Marsac
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 24462-24471
  • 査読あり
• [学会発表] Improvement of Cyanobacterial Ribulose 1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase by Introducing the Latch Structure Involved in CO_2/O_2 Specificity in red algal RuBisCO (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohtaro Saito, Nana Ninomiya, Hiroki Ashida, and Akiho Yokota
  • 学会等名: The 4^<th> INDONESIAN BIOTECHNOLOGY CONFERENCE
  • 発表場所: Nara Institute of Science and Technology (NAIST)
  • 年月日: 20080805-07
• [学会発表] Analysis of common conserved residues between Bacillus RuBisCO-like protein and photosynthetic RuBisCO (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Nakano, Yohtaro Saito, Hiroki Ashida and Akiho Yokota
  • 学会等名: The 4^<th> INDONESIAN BIOTECHNOLOGY CONFERENCE
  • 発表場所: Nara Institute of Science and Technology (NAIST)
  • 年月日: 20080805-07
• [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」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 20080310-11
• [学会発表] メチオニン再生経路の酵素群によるボース新規代謝経路 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中野寿宏, 蘆田弘樹, 齋藤洋太郎, 横田明穂
  • 学会等名: 日本農芸化学会2008年度大会
  • 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, 横田明穂
  • 学会等名: 日本植物生理学会第49回年会シンポジウム 植物の生産性とカルビン回路「カルビンサイクル研究の新展開」
  • 年月日: 2008-03-22
• [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, 蘆田弘樹, Agnieszka Sekowska, Antoine Danchin, 横田明穂
  • 学会等名: 第49回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2008-03-20
• [学会発表] メチオニン回路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, 蘆田弘樹, 斉藤洋太郎, 井上豪, 横田明穂, 甲斐泰, 松村浩由
  • 学会等名: 日本結晶学会2007年度年会および総会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20071201-02
• [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, 松村浩由, 蘆田弘樹, 石田宏幸, 上野剛, 溝端栄一, 井上豪, 牧野周, 横田明穂, 前忠彦, 甲斐泰,
  • 学会等名: 日本結晶学会2007年度年会および総会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20071201-02
• [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, Yohtaro Saito, Hiroki Ashida, Tsuyoshi Inoue, Yasushi Kai, Akiho Yokota, and Hiroyoshi Matsumura
  • 学会等名: The 8th Conference of the Asian Crystallographic Association, AsCA' 07 第8回アジア結晶学会連合会議
  • 発表場所: 台北
  • 年月日: 20071104-07
• [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, Hiroyoshi Matsumura, Hiroyuki Ishida, Hiroki Ashida, Eiichi Mizohata, Tsuyoshi Inoue, Amane Makino, Tadahiko Mae, Akiho Yokota, Yasushi Kai
  • 学会等名: The 8th Conference of the Asian Crystallographic Association, AsCA' 07 第8回アジア結晶学会連合会議
  • 発表場所: 台北
  • 年月日: 20071104-07
• [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, Hiroki ASHIDA, Agnieszka SEKOWSKA, DANCHIN, and Akiho YOKOTA
  • 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, Hiroki ASHIDA, and Akiho YOKOTA
  • 学会等名: 14^<th> International congress of photosynthesis
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 年月日: 20070722-27
• [学会発表] RuBisCO-like proteins (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroki ASHIDA and Akiho YOKOTA
  • 学会等名: Research Frontiers with Rubisco - the "Elixir of Life" in the Biosphere. 14^<th> International Congress of Photosynthesis satellite Meeting
  • 発表場所: Harpenden, Herts, UK
  • 年月日: 20070720-21
• [学会発表] 高CO_2親和性を示す紅藻RuBisCOが有するラッチ構造のラン藻RuBisCOへの導入 (2007)
  • 著者名/発表者名: 二宮奈々, 蘆田弘樹, 横田明穂
  • 学会等名: 2007年度松山年会
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス
  • 年月日: 2007-03-28
• [学会発表] 枯草菌RuBisCO-like proteinsとRuBisCOの相互構造活性相関 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中野寿宏, 齋藤洋太郎, 蘆田弘樹, 横田明穂
  • 学会等名: 日本農芸化学会2007年度大会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2007-03-26
• [学会発表] 光合成カルビン回路完成の分子的基盤 (2006)
  • 著者名/発表者名: 蘆田弘樹, 横田明穂
  • 学会等名: 日本光合成研究会第6回ワークショップセミナー New perspective of photosynthesis research 光合成研究の新たな潮流 構造とゲノム そして未来
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20061012-13
• [学会発表] ゲノムから見たカルビン回路完成の分子機構 (2006)
  • 著者名/発表者名: 蘆田弘樹, 横田明穂
  • 学会等名: 日本植物学会第70回大会, シンポジウムゲノムから見た光合成機能の再発見
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20060913-16
• [学会発表] X-ray structure of methylthioribose-1-phosphate isomerase from Bacillus subtilis reveals a hydride transfer mechanism of catalysis and a structure function relationship with other homologues. (2006)
  • 著者名/発表者名: Haruka TAMURA, Hiroyoshi Matsumura, Yohtaro SAITO, Tsuyoshi INOUE, Hiroki ASHIDA, Akiho YOKOTA, and Yasushi KAI
  • 学会等名: 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2006-06-22
• [学会発表] Structure-function relationship between RuBisCO-like protein of Bacillus subtilis and photosynthetic RuBisCO. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yohtaro SAITO, Agnieszka SEKOWSKA, Hiroki ASHIDA, Antoine DANCHIN, and Akiho YOKOTA
  • 学会等名: 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2006-06-19
• [学会発表] Molecular evolution of RuBisCO-like proteins
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ashida, Tomoko Sakiyama, Yohtaro Saito, Nicole Tandeau de Marsac and Akiho Yokota
  • 学会等名: 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [図書] Rubisco satellite meeting Research Frontiers with Rubisco, the "Elixir of Life" in the Biospherに参加して (2007)
  • 著者名/発表者名: 蘆田弘樹
  • 総ページ数: 84-86
  • 出版者: 光合成研究会
• [図書] プラントミメディックス〜植物に学ぶ~第2章 エネルギーと代謝 第4節 光合成CO_2固定酵素RuBisCO (2006)
  • 著者名/発表者名: 蘆田弘樹, 横田明穂
  • 総ページ数: 240-247
• [産業財産権] 変異型のリブロース-1, 5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼおよびその利用 (2009)
  • 発明者名: 蘆田弘樹, 横田明穂
  • 権利者名: 安田國雄
  • 産業財産権番号: 特願2007-028608
  • 出願年月日: 2009-02-07