クロロフィルcの生化学から顕生代海洋基礎生産の進化を紐解く

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03743
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 福井工業大学
• 研究代表者: 柏山 祐一郎 福井工業大学, 環境学部, 教授 (00611782)
• 研究分担者: 原田 二朗 久留米大学, 医学部, 講師 (10373094) ; 塚谷 祐介 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), 副主任研究員 (10421843) ; 神川 龍馬 京都大学, 農学研究科, 准教授 (40627634) ; 力石 嘉人 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50455490) ; 木下 雄介 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任助教 (50792363) ; 谷藤 吾朗 独立行政法人国立科学博物館, 動物研究部, 研究主幹 (70438480) ; 伊庭 靖弘 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (80610451)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: クロロフィル生合成 / CPE代謝 / CACC / ゲノム編集

研究成果の概要

クロロフィル類の生合成と分解に関わる多様な生化学的機構から，水圏環境の多様な光合成生物の進化過程を明らかにすることを目的とした。まず，クロロフィルcを有する二次植物珪藻のクロロフィル生合成経路で未解明な酸化還元酵素4種類について候補遺伝子を探索し，紅色細菌の相補実験系を用いて機能検証を試みた。また，クロロフィルbを有する二次植物ユーグレナのクロロフィル関連遺伝子の機能をゲノム編集により検証し，遺伝子水平転移に伴う機能の変化を明らかにした。さらに，クロロフィルを分解するCPE代謝に関連すると考えられる多様なプロティストに共通する遺伝子を発見し，ノックアウト実験による機能検証を行った。

自由記述の分野

生化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球生命圏では，多様なクロロフィル類が光合成に必須の因子として生合成される一方，その光毒性ゆえに食物連鎖の最初期の段階で分解されている。しかし，このような色素代謝の生化学的な詳細は未解明な点も多い。一方で，色素の多様性を遺伝的な多様性とリンクさせて理解することができれば，地質記録に見いだされるクロロフィル起源分子化石に基づいて，過去の生命活動を復元することも可能になる。本研究では，現在の海洋における光合成基礎生産の主役になっている二次植物プランクトンのクロロフィル生合成と，同じく海洋の一次捕食者として重要な単細胞性動物プランクトンのクロロフィル分解の代謝メカニズムを解明した。