地球生態系と太陽を繋ぐ新しい光エネルギーフローモデルの創出

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H04136
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉澤 晋 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00553108)
• 研究分担者: 岩崎 渉 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (50545019)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 海洋微生物 / 微生物生態 / ロドプシン / メタゲノム

研究実績の概要

本研究では、地球規模エネルギーフローを理解する上で重要な“ロドプシンを基軸とする新しい光エネルギーフローモデルの創出”を最終目的としている。2021年度はこれまで継続して行ってきた機能未知ロドプシン遺伝子配列の網羅的探索を発展させ、海洋におけるロドプシン遺伝子の分布を大規模に可視化し、ロドプシン分子系統と紐づけることで、ロドプシンが受け取る光エネルギー量の推定を試みた。
1. ロドプシン系統樹の作成：メタゲノムから再構築したMAG及び機能既知ロドプシン配列を用いて、ロドプシンの系統樹を作成した。ロドプシン遺伝子は非常に多様であり、アミノ酸配列情報から機能予測することが難しい。そこで本研究では大規模かつ正確なロドプシン系統樹を作成し、アミノ酸配列情報からそのロドプシンがどのクレードに含まれるのかを可視化できるデータベースを作成した。本データベースを使うことで、ロドプシン配列を大規模に分類することが可能になった。
2. 海洋環境におけるロドプシン分布の可視化：課題1で作成したデータベースを使うことで、海洋環境におけるロドプシンの分布のマッピングを行った。本解析から、特定の機能をもつロドプシンが局所的に存在する海域の存在が明らかになった。このことは、ロドプシン機能と環境パラメータ（光、塩分、pHなど）には密接な関係があることを示している。
3. 海洋微生物の細胞内色素解析：これまでの研究で、特定の海洋微生物はレチナール以外のカロテノイド色素を持つことが分かった。それらのカロテノイドがロドプシンの補助色素として働く可能性を調べた。その結果、海洋微生物の作る特定のカロテノイドがロドプシンに結合する可能性が示唆された。
4. 光エネルギー量の推定：これまでの研究から、海洋に分布するロドプシン量の推定を行い、ロドプシンによる光受容がどの程度の炭素消費を補えるのかを、モデル解析を用いて調べた。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Conformational alterations in unidirectional ion transport of a light-driven chloride pump revealed using X-ray free electron lasers (2022)
  • 著者名/発表者名: T Hosaka, T Nomura, M Kubo, T Nakane, L Fangjia, S Sekine, T Ito, K Murayama, K Ihara, H Ehara, K Kashiwagi, K Katsura, R Akasaka, T Hisano, T Tanaka, R Tanaka, T Arima, A Yamashita, M Sugahara, H Naitow, Y Matsuura, S Yoshizawa, K Tono, S Owada, O Nureki, T Kimura-Someya, S Iwata, E Nango, M Shirouzu
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 ページ: -
  • DOI: 10.1073/pnas.2117433119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diversity and Composition of Microbial Communities in an Eelgrass (<i>Zostera marina</i>) Bed in Tokyo Bay, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Iqbal Md Mehedi、Nishimura Masahiko、Haider Md. Nurul、Sano Masayoshi、Ijichi Minoru、Kogure Kazuhiro、Yoshizawa Susumu
  • 雑誌名: Microbes and Environments 巻: 36 ページ: -
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME21037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional expression of the eukaryotic proton pump rhodopsin OmR2 in Escherichia coli and its photochemical characterization (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Masuzu、Kojima Keiichi、Nakao Shin、Yoshizawa Susumu、Kawanishi Shiho、Shibukawa Atsushi、Kikukawa Takashi、Sudo Yuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94181-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 微生物と光の関係を紐解く！ (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉澤晋
  • 学会等名: 「第七回極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [備考] 光でイオンを輸送する膜タンパク質の巧妙な仕組み
  • URL: https://www.aori.u-tokyo.ac.jp/research/news/2022/20220228.html