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2021 年度 実績報告書

光合成補助色素フコキサンチンの未知なる生合成系の解明とその誕生の謎を紐解く

研究課題

研究課題/領域番号 19H03274
研究機関京都大学

研究代表者

神川 龍馬  京都大学, 農学研究科, 准教授 (40627634)

研究分担者 原田 二朗  久留米大学, 医学部, 講師 (10373094)
高市 眞一  東京農業大学, 生命科学部, 教授 (40150734)
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)
中山 卓郎  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (70583508)
宮下 英明  京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50323746)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワードフコキサンチン / ゲノム / トランスクリプトーム / 葉緑体
研究実績の概要

候補遺伝子のホモログをデータベースから抽出し、多様な真核生物配列および外群原核生物配列を含むデータセットを構築した。本データセットを用いた分子系統解析の結果、本遺伝子群には複数のクレードが存在し、また同一生物種ゲノムにも複数のパラログが存在することが明らかとなった。本系統樹は真核生物の系統関係を反映していないため、遺伝子重複や喪失、そして遺伝子水平伝播を含む複数の進化ステップが現在の遺伝子分布を形成してきたことが明らかになった。
候補配列産物が葉緑体に局在していることを実験的に確認するとともに、高発現珪藻変異体作成のため、C末端にGFP配列を付加した配列および付加されていない遺伝子発現プラスミドを構築し、形質転換体クローンを得た。現在は最も高発現しているクローンの選定を進めている。
既に遺伝子領域まで同定していた従属栄養性珪藻類Nitzschia putridaにおける色素体局在タンパク質を精査し、色素体代謝経路を再構築した。その結果、やはりカロテノイド合成に関与する配列や経路は検出できず、カロテノイド合成の基質合成経路も検出されなかった。また同様にカロテノイドを代謝・分解する経路も検出できなかった。すなわち、本従属栄養性種は、光合成能喪失に伴いカロテノイド関連経路を完全に喪失していることが再度確認された。本成果を含む論文は国際学術誌に投稿し、アクセプトされた。また、フコキサンチンを合成する珪藻類を含む不等毛藻に最も近縁な従属栄養性生物の同定に成功し、フコキサンチン合成関連遺伝子を探索する上での情報基盤を整備した。本成果も国際学術誌に投稿し、アクセプトされた。もう一種の従属栄養性珪藻ゲノムにおいては、アッセンブル手法の完全の余地が見られたため、複数のアッセンブル手法の比較を行っている。

現在までの達成度 (区分)
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

現在までに1種目の従属栄養性藻類のゲノム構築が完了し、またフコキサンチン合成藻類に近縁な従属栄養性生物の同定に成功しており、情報解析のためのベースは整いつつある。候補配列の解析については、標的配列に複数のパラログが存在しRNAiの特異性を再検証する必要が出てきたため、2021年度までのデータを別途実験的に検証する必要がある。当初は2021年度後半から22年度に大腸菌を用いた発現タンパク質を用いて生化学的にその機能を解析する予定であったが、まずはノックダウンの特異性を精査することを優先する。しかし、これも次年度内に十分終了できる予定である。

今後の研究の推進方策

RNAiの特異性の検証を行いつつ、候補配列の機能解析を進める。さらに候補配列を増やすため、色素組成が変動する培養条件を探索し比較トランスクリプトーム解析を行う。また、情報解析のベースをさらに整備するため別系統の従属栄養性珪藻ゲノム解読を進める。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Charles University(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      Charles University
  • [国際共同研究] Mississippi State University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Mississippi State University
  • [国際共同研究] University of East Anglia(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of East Anglia
  • [国際共同研究] Universite de Lille(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Universite de Lille
  • [国際共同研究] Philipps University Marburg(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Philipps University Marburg
  • [雑誌論文] Biome-specific distribution of Ni-containing carbon monoxide dehydrogenases2022

    • 著者名/発表者名
      Inoue Masao、Omae Kimiho、Nakamoto Issei、Kamikawa Ryoma、Yoshida Takashi、Sako Yoshihiko
    • 雑誌名

      Extremophiles

      巻: 26 ページ: 9

    • DOI

      10.1007/s00792-022-01259-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rappemonads are haptophyte phytoplankton2021

    • 著者名/発表者名
      Kawachi Masanobu、Nakayama Takuro、Kayama Motoki、Nomura Mami、Miyashita Hideaki、Bojo Othman、Rhodes Lesley、Sym Stuart、Pienaar Richard N.、Probert Ian、Inouye Isao、Kamikawa Ryoma
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 31 ページ: 2395~2403.e4

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.03.012

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 非光合成性藻類の葉緑体進化 No photosynthesis, no life? Plastid evolution in non-photosynthetic algae.2021

    • 著者名/発表者名
      神川龍馬
    • 雑誌名

      光合成研究

      巻: 31 ページ: 37-49

    • 査読あり
  • [学会発表] アピコンプレクサ類アピコプラストは葉緑体縮退進化の王道か?2021

    • 著者名/発表者名
      神川龍馬
    • 学会等名
      第90回日本寄生虫学会 第32回日本臨床寄生虫学会 合同大会サテライトミーティング
    • 招待講演
  • [学会発表] Loss of photosynthesis in Ochrophyta2021

    • 著者名/発表者名
      Ryoma Kamikawa
    • 学会等名
      2nd AsiaEvo
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ゲノム・トランスクリプトームから見た藻類の多様性と進化2021

    • 著者名/発表者名
      神川龍馬
    • 学会等名
      プランクトン学会若手の会
    • 招待講演
  • [学会発表] To be algae or not to be algae: losses of photosynthesis in diatoms2021

    • 著者名/発表者名
      Ryoma Kamikawa
    • 学会等名
      The 4th Asian Congress of Protistology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 常温湖底堆積物より分離された好熱性Parageobacillus属細菌の一酸化炭素利用能分析2021

    • 著者名/発表者名
      今浦由就、足立夕花、岡元俊輔、日野太貴、井上真男、神川龍馬、左子芳彦、吉田天士
    • 学会等名
      令和3年度 日本水産学会近畿支部例会
  • [学会発表] Seasonal dynamics of predominant archaeal group MGII and their viruses in Osaka Bay2021

    • 著者名/発表者名
      Shuto Ashizawa, Kento Tominaga, Hiroaki Takebe, Kohei Nishimon, Kentaro Fujiwara, Ryoma Kamikawa, Keigo Yamamoto, Hiroyuki Ogata, Takashi Yoshida
    • 学会等名
      10th Aquatic Virus Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Early divergence of a fusion gene from giant viruses2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Ashitani, Kento Tominaga, Hiroaki Takebe, Ryoma Kamikawa, Takashi Yoshida
    • 学会等名
      10th Aquatic Virus Workshop
  • [学会発表] 一酸化炭素利用能を持つ新規 Parageobacillus 属細菌分離株の生理・ゲノム性状解析2021

    • 著者名/発表者名
      今浦 由就、足立 夕花、岡元 俊輔、日野 太貴、井上 真男、神川 龍馬、左子 芳彦、吉田 天士
    • 学会等名
      微生物生態学会第34回大会
  • [学会発表] 海洋原核生物ウイルスにおける地理的分布の局所性2021

    • 著者名/発表者名
      松本 真生、富永 賢人、武部 紘明、綿井 博康、山本 圭吾、神川 龍馬、吉田 天士
    • 学会等名
      微生物生態学会第34回大会
  • [学会発表] 新たに分離された非光合成性珪藻類の系統及び葉緑体ゲノムの多様性2021

    • 著者名/発表者名
      山本 葵、武部 紘明、吉川 健太郎、加山 基、矢吹 彬憲、宮下 英明、吉田 天士、神川 龍馬
    • 学会等名
      微生物生態学会第34回大会
  • [学会発表] 集積培養系に出現した多様な一酸化炭素酸化菌の網羅的ゲノム解析2021

    • 著者名/発表者名
      西田 志穂、大前 公保、井上 真男、左子 芳彦、神川 龍馬、吉田 天士
    • 学会等名
      微生物生態学会第34回大会
  • [学会発表] ラミナリン利用能を有する海洋性新規原核生物培養株の確立2021

    • 著者名/発表者名
      吉川 健太郎、武部 紘明、富永 賢人、山本 圭吾、渡邉 哲弘、神川 龍馬、吉田 天士
    • 学会等名
      微生物生態学会第34回大会
  • [学会発表] ミクロコズム培養系を用いた海洋性優占原核生物の遷移過程におけるウイルス動態解析2021

    • 著者名/発表者名
      武部 紘明、富永 賢人、渡邉 哲弘、山本 圭吾、神川 龍馬、吉田 天士
    • 学会等名
      微生物生態学会第34回大会

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公開日: 2022-12-28  

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