光合成生物に広く保存された栄養欠乏時の脂質転換制御とその応用の分子基盤

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03941
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 太田 啓之 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (20233140)
• 研究分担者: 増田 建 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00242305) ; 西村 浩二 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 准教授 (30304257) ; 小林 康一 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40587945) ; 堀 孝一 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (70453967) ; 粟井 光一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80431732) ; 下嶋 美恵 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (90401562) ; 清水 隆之 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (90817214)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: スルホ脂質 / トリアシルグリセロール / リン欠乏時の脂質転換 / 藻類 / 植物

研究実績の概要

(クラミドモナス脂質転換制御)今年度の研究では、クラミドモナス脂質転換制御因子（LRL）の類似遺伝子LRLLaの変異体についてその表現型の解析を進めた。変異体では、LRLLa自身の発現が大きく減少していた。中性脂質の蓄積、増殖についてLRL変異体と類似点があるものの、細胞サイズは相反する表現型を示す。転写産物解析を行った結果、LRLLaがLRL1の上流で働いている可能性が強く示された。また、分裂抑制因子であるCDKB1. CYCB1転写産物の蓄積量についてはLRLLa変異株において増加する一方、LRLでは大きな変化が見られず、LRLLa特異的な標的である事が明らかになった。
(PGとSQDGの機能的相補性)今年度は、PGがクロロフィル合成に強く関わること、その機能の一部をSQDGが代替することを新規に明らかにした。さらに、SQDGは、リンを含まない糖脂質であるDGDGとも機能的な関連性が高いことを示した。
(脂質転換の進化と多様性)光合成生物の脂肪酸合成は葉緑体で行われるが、灰色藻では細胞質で行うことが推定された。またリン欠乏条件で培養したユーグレナでは当初スフィンゴ脂質が蓄積すると予測していたが、ベタイン脂質の一種が蓄積することがわかった。さらに緑藻クラミドモナスLRL1のシロイヌナズナホモログであるMyb転写因子の機能解析を行った。破壊株と野生株のリン欠乏時における比較プロテオーム解析を行い、リン欠応答タンパク質群の発現プロファイルが分かった。また、Myb遺伝子の発現量はリン十分時と欠乏時で大きな差がなかった。このことから、本Mybはその遺伝子発現制御とは異なる形でリン欠乏時の生育に影響を与えることが示唆された。また、油脂高生産藻ナンノクロロプシスの2系統について、重金属が光合成生育に及ぼす影響を検証したところ、他の藻類に比べて亜ヒ酸に対する耐性が40倍高いことがわかった。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] CEA-Grenoble(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CEA-Grenoble
• [国際共同研究] Indiana University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Indiana University
• [国際共同研究] The University of British Columbia(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: The University of British Columbia
• [雑誌論文] Polysulfide metabolizing enzymes influence SqrR-mediated sulfide-induced transcription by impacting intracellular polysulfide dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Takayuki、Ida Tomoaki、Antelo Giuliano T、Ihara Yuta、Fakhoury Joseph N、Masuda Shinji、Giedroc David P、Akaike Takaaki、Capdevila Daiana A、Masuda Tatsuru
  • 雑誌名: PNAS Nexus 巻: 2 ページ: 048
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thioredoxin-2 Regulates SqrR-Mediated Polysulfide-Responsive Transcription via Reduction of a Polysulfide Link in SqrR (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Takayuki、Hashimoto Masaru、Masuda Tatsuru
  • 雑誌名: Antioxidants 巻: 12 ページ: 699～699
  • DOI: 10.3390/antiox12030699
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Changes in intracellular energetic and metabolite states due to increased galactolipid levels in Synechococcus elongatus PCC 7942 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kondo Kumiko、Yoshimi Rina、Apdila Egi Tritya、Wakabayashi Ken-ichi、Awai Koichiro、Hisabori Toru
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 259
  • DOI: 10.1038/s41598-022-26760-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Persulfide-Responsive Transcription Factor SqrR Regulates Gene Transfer and Biofilm Formation via the Metabolic Modulation of Cyclic di-GMP in Rhodobacter capsulatus (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Takayuki、Aritoshi Toma、Beatty J. Thomas、Masuda Tatsuru
  • 雑誌名: Microorganisms 巻: 10 ページ: 908～908
  • DOI: 10.3390/microorganisms10050908
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Sulfide-Responsive SqrR/BigR Homologous Regulator YgaV of Escherichia coli Controls Expression of Anaerobic Respiratory Genes and Antibiotic Tolerance (2022)
  • 著者名/発表者名: Balasubramanian Rajalakshmi、Hori Koichi、Shimizu Takayuki、Kasamatsu Shingo、Okamura Kae、Tanaka Kan、Ihara Hideshi、Masuda Shinji
  • 雑誌名: Antioxidants 巻: 11 ページ: 2359～2359
  • DOI: 10.3390/antiox11122359
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Possible involvement of extracellular polymeric substrates of Antarctic cyanobacterium Nostoc sp. strain SO-36 in adaptation to harsh environments (2022)
  • 著者名/発表者名: Effendi Devi B.、Sakamoto Toshio、Ohtani Shuji、Awai Koichiro、Kanesaki Yu
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 135 ページ: 771～784
  • DOI: 10.1007/s10265-022-01411-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 生体膜脂質のダイナミクスと膜輸送担体. (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村 泰久, 小林 康一
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 60 ページ: 474～480
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excretion of triacylglycerol as a matrix lipid facilitating apoplastic accumulation of a lipophilic metabolite shikonin (2022)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kanade、Ichino Takuji、Isaka Natsumi、Sugiyama Akifumi、Moriyoshi Eiko、Okazaki Yozo、Higashi Yasuhiro、Kajikawa Masataka、Tsuji Yoshinori、Fukuzawa Hideya、Toyooka Kiminori、Sato Mayuko、Ichi Ikuyo、Shimomura Koichiro、Ohta Hiroyuki、Saito Kazuki、Yazaki Kazufumi
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 74 ページ: 104～117
  • DOI: 10.1093/jxb/erac405
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物の陸上進出と乾燥ストレス応答機構の発達 (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀孝一
  • 雑誌名: 光合成研究 巻: 32 ページ: 170
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 代謝改変技術構築から液体燃料生産へ - 微細藻類有用脂質生産の段階的取り組み - (2023)
  • 著者名/発表者名: 太田啓之
  • 学会等名: 次世代液体燃料シンポジウム 2023
  • 招待講演
• [学会発表] Lipids for Storage, Biofuels and Bioproducts (2023)
  • 著者名/発表者名: Mie Shimojima
  • 学会等名: "Plant Lipids: Structure, Metabolism and Function Gordon Research Conference"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケにおけるオリゴガラクト脂質合成能と機能の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水信介，堀孝一，石崎公庸，下嶋美恵，太田啓之
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Nannochloropsis oceanica NIES-2145 におけるランダム変異導入による油脂高蓄積株の単離と解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 保科開，岩井雅子，岡崎久美子，栗田朋和，前田真一郎，高見明秀，唐司典明，下嶋美恵，山本卓，坂本敦，太田啓之
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] クラミドモナスの MYB1 はリン欠乏時の脂質転換に関与する (2023)
  • 著者名/発表者名: 福田恒青、堀孝一、井原雄太、下嶋美恵、太田啓之
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ストレプト藻類 Klebsormidium nitens の乾燥応答におけるABI3 様転写制御因子の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三木健，堀孝一，唐司典明，下嶋美恵，太田啓之
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケにおけるNon-specific phospholipase C の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 打越大輔，下城彩，堀孝一，石崎公庸，太田啓之，下嶋美恵
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 硫化水素依存的光合成の転写制御に関わるポリスルフィド代謝の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水隆之、井田智章、Giuliano T. Antelo、井原雄太、増田真二、David P. Giedroc、赤池孝章、Daiana A. Capdevila、増田建
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会
• [学会発表] Enhancement of accumulation of photosynthetic pigments and proteins during chloroplast biogenesis by sulfide in Arabidopsis thaliana (2023)
  • 著者名/発表者名: Zurina Osuman, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会
• [学会発表] Light mediates transcription start sites of heme oxygenase 1 for a cytoplasmic heme decomposition bypass in Arabidopsis (2023)
  • 著者名/発表者名: Yingxi Chen, Kohji Nishimura, Yoshiharu Yamamoto, Yoshito Oka, Tomonao Matsushita, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会
• [学会発表] 植物の器官発生におけるシトクロムb5様ヘム結合タンパク質RLFの機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩田健太郎、後藤千恵子、福村日向丸、清水隆之、丸山海成、古谷朋之、近藤侑貴、笠原博幸、増田建、石崎公庸、深城英弘
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会
• [学会発表] 地上部ヘムシグナルはpre-mRNAスプライシング制御を介して側根形態を制御する (2023)
  • 著者名/発表者名: 高柳なつ、荒江星拓、高橋洋和、清水隆之、堀口吾朗、相田光宏、深城英弘、増田建、大谷美沙都
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会
• [学会発表] Evolution of lipid biosynthesis in adaptation of land plants to terrestrial environments (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ohta
  • 学会等名: 25th International Symposium on Plant Lipids
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の陸上進出と乾燥ストレス応答機構の発達 (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀孝一
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会年会およびシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 植物脂質科学研究の時間軸への展開から広がる 新たな生命科学と有用物質生産 (2022)
  • 著者名/発表者名: 太田啓之
  • 学会等名: かずさDNA研究所セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 藻類の栄養欠乏時の脂質転換: メカニズムと応用展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 太田 啓之
  • 学会等名: 第7回植物の栄養研究会＆第11回AgTechセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Chlamydomonas reinhardtii 脂質転換制御因子LRL1 の類似遺伝子の機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 福田恒青、堀孝一、井原雄太、下嶋美恵、太田啓之
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] Reactive sulfur species (RSS) metabolizing enzymes influence RSS sensing by impacting intracellular persulfide dynamics in bacteria (2022)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Shimizu
  • 学会等名: 4th International Conference on Persulfide and Sulfur Metabolism in Biology and Medicine
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of ionization-coupled cleavage of oxidized polysulfide structure (iCOPS): a novel detection method for oxidized polysulfide modifications on proteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Kae Okamura, Shingo Kasamatsu, Takayuki Shimizu, Shinji Masuda, Hideshi Ihara
  • 学会等名: 4th International Conference on Persulfide and Sulfur Metabolism in Biology and Medicine
  • 国際学会
• [学会発表] 紅色細菌をモデルとした超硫黄分子によるシグナル伝達機構の分子基盤 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水隆之
  • 学会等名: 第95回日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナABCトランスポーターABCG23の機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 増田建、宮地孝明、西村浩二、清水隆之
  • 学会等名: 第86回日本植物学会
• [学会発表] Effect of Sulfide on phytochrome-dependent photomorphogenesis in Arabidopsis thaliana (2022)
  • 著者名/発表者名: Zurina Osuman, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
  • 学会等名: 第86回日本植物学会
• [学会発表] Phytochromes mediated transcription start sites of heme oxygenase 1 in Arabidopsis thaliana (2022)
  • 著者名/発表者名: Yingxi Chen, Kohji Nishimura, Yoshiharu Yamamoto, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
  • 学会等名: 第86回日本植物学会
• [学会発表] ヘムシグナルによる側根形成制御にはpre-mRNAスプライシング制御が介在する (2022)
  • 著者名/発表者名: 高柳なつ、荒江星拓、高橋洋和、清水隆之、堀口吾朗、相田光宏、深城英弘、増田建、大谷美沙都
  • 学会等名: 第86回日本植物学会
• [学会発表] 紅色光合成細菌における硫化水素応答性転写因子SqrRによるファージ様粒子GTAを介した遺伝子伝播の制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水隆之、有年統真、J. Thomas Batty、増田建
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会
• [学会発表] Cyanobacterial alkanes are important for resistance to high salinity stress in Synechococcus elongatus PCC 7942 (2022)
  • 著者名/発表者名: Arif Agung Wibowo, Koichiro Awai
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2022
• [学会発表] Δ9 desaturation at both sn-positions of fatty acids in membrane lipids is essential in filamentous cyanobacteria (2022)
  • 著者名/発表者名: Devi Bentia Effendi and Koichiro Awai
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2022
• [学会発表] 脂肪酸は光合成による過剰なエネルギーや還元力の除去を担うか (2022)
  • 著者名/発表者名: 粟井光一郎
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2022
  • 招待講演
• [学会発表] Rapaza viridis の盗葉緑体獲得過程におけるピレノイドの再構成メカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: 丸山萌，加賀本剛，中澤昌美，蘆田弘樹，粟井光一郎，柏山祐一郎
  • 学会等名: 第86回日本植物学会
• [学会発表] 灰色藻 Cyanophora paradoxa における脂質代謝の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直樹，池村英里，粟井光一郎
  • 学会等名: 第86回日本植物学会
• [学会発表] 灰色藻Cyanophora paradoxa の脂質合成では葉緑体の役割は限定的である (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直樹，池村英里，粟井光一郎
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] Cyanobacterial alkanes are important for resistance to high salinity stress in Synechococcus elongatus PCC 7942 (2022)
  • 著者名/発表者名: Arif Agung Wibowo, Koichiro Awai
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] Desaturation of fatty acids in both sn-1 and sn-2 positions is essential in filamentous cyanobacteria (2022)
  • 著者名/発表者名: Devi Bentia Effendi and Koichiro Awai
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] Functional analysis of an essential gene in cyanobacteria that is conserved among oxygen-evolving photosynthetic organisms (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Shirotori, Kimie Atsuzawa, Egi Tritya Apdila, Yasuko Kaneko, Koichiro Awai, Shigeki Ehira
  • 学会等名: 17th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 国際学会
• [学会発表] Lack of fatty acid synthesis in the cyanelle of Cyanophora paradoxa (2022)
  • 著者名/発表者名: Naoki Sato, Eri Ikemura, Koichiro Awai
  • 学会等名: 24th International Symposium on Plant Lipids
  • 国際学会
• [学会発表] シアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942のチラコイド膜脂質合成系の改変による細胞内の変化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 近藤久益子、吉見里奈、Egi Tritya Apdila、若林憲一、粟井光一郎、久堀徹
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会年会およびシンポジウム
• [学会発表] 光依存的なクロロフィル前駆体合成酵素LPORと色素体酸性脂質の関係 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉原晶子，和田元，永田典子，小林康一
  • 学会等名: 第22回日本光生物学協会年会
• [学会発表] 植物の進化における光化学系複合体脂質の保存性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林康一，吉原晶子，河合（久保田）寿子
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] エチオプラストにおける色素体酸性脂質PG, SQDGの役割の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉原晶子，永田典子，和田元，小林康一
  • 学会等名: 第34回植物脂質シンポジウム
• [学会発表] 光合成複合体に含まれる脂質からひも解く、シアノバクテリアと植物との共通性と多様性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林康一
  • 学会等名: ラン藻ゲノム交流会2022
  • 招待講演
• [学会発表] 色素体酸性脂質はエチオプラストの発達に不可欠である (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉原晶子，和田元，永田典子，小林康一
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会年会
• [学会発表] エチオプラストの発達における色素体酸性脂質の役割の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉原晶子，和田元，永田典子，小林康一
  • 学会等名: 第86回植物学会大会