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2011 年度 実績報告書

特異なシアノバクテリアを用いて光合成の基本問題-光化学反応と場-を解く

研究課題

研究課題/領域番号 22370017
研究機関京都大学

研究代表者

土屋 徹  京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 准教授 (20362569)

研究分担者 秋本 誠志  神戸大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (40250477)
鞆 達也  東京理科大学, 理学部, 准教授 (60300886)
キーワード光誘起電子移動反応 / 酸化還元電位 / チラコイド膜形成 / 超高速分光 / バイオインフォーマティックス
研究概要

クロロフィル(Chl)dを用いて光合成反応を行うAcaryochloris marinaより精製した光化学系II(PS II)標品について、その第二電子受容体であるプラストキノン(QA)の酸化還元電位を測定し、Chl aを用いるSynechocystisのQAの電位と比較した。その結果、A. marinaのQAの電位はSynechocystisのQAの電位と比較して高くなっていることが判明した。同様の電位の正へのシフトは、昨年度報告した第一電子受容体であるフェオフィチンaの電位の比較でもみられたことから、クロロフィルaを利用するSynechocystisより低いエネルギーで駆動するA. marinaのPS IIではQAの電位がフェオフィチンaの電位と協調してシフトしていることが判明した。これらの結果は、生物が異なるクロロフィルを利用する際にどのようなチューニングを施しているのかを明瞭に示している。
解析をさらに進めるためには、精製度の高い標品を大量に得ることが必要である。PS IIのサブユニットの一つであるPsbBのC-末端側にヒスチジンタグを導入することができれば、アフィニティークロマトグラフィーにより複合体を簡便かつ高効率できるため、A. marinaでの遺伝子ターゲッティング系の開発が求められた。そこで、当該生物での形質転換系を確立するために、接合法によるA. marinaへの保持型プラスミドの導入を試みた。その結果、プラスミド(発現ベクター)を保持した形質転換体を得ることに成功した。本成果は、A. marinaを標的とした分子遺伝学的解析を可能とするための大きなブレイクスルーであり、上記の目的のためには避けては通れない大きな壁を超えたことを意味する。

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、A. marinaのPS IIの電子伝達成分であるあるフェオフィチンaとQAの酸化還元電位の測定を行い、PS IIの水分解系におけるエネルギー論の基本原理を解明した。これらの成果は高く評価され、米国科学アカデミー紀要に2報の論文として掲載された。
加えて、世界に先駆けてA. marinaの形質転換に成功するなど、今後の発展についてさらなる期待がもてる。
以上の結果を鑑みて、現在までの達成度は「おおむね順調に進展している」とした。

今後の研究の推進方策

本年度までにA. marinaより精製したPS IIの酸化還元電位の測定によるエネルギー論の研究について一定の成果が得られた。さらに研究を推進するためには本生物の分子遺伝学的解析が必須であるが、その目的に必要である形質転換系の開発にも既に成功した。よって、今後はこれまでの生化学的・分光学的解析に加えて、分子遺伝学的解析のために必要な実験系の開発もさらに進めてゆく予定である。また、現時点で発現ベクターの導入によるA. marina内での外来遺伝子の発現が可能となったので。本生物の光合成系を改変する試みも併せて行う予定である。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (21件)

  • [雑誌論文] Alterations in photosynthetic pigments and amino acid composition of D1 protein change energy distribution in photosystem II2012

    • 著者名/発表者名
      Yokono, M., Tomo, T., Nagao, R., Ito, H., Tanaka, A., Akimoto, S
    • 雑誌名

      Biochim. Biophys. Acta

      巻: 1817 ページ: 754-759

    • DOI

      doi:10.1016/j.bbabio.2012.02.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Redox potentials of primary electron acceptor quinone molecule (QA)- and conserved energetics of photosystem II in cyanobacteria with chlorophyll a and chlorophyll d2011

    • 著者名/発表者名
      Allakhverdiev, S.I.
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 108 ページ: 8054-8058

    • DOI

      10.1073/pnas.1100173108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Constitution and energetics of photosystem I and photosystem II in the chlorophyll d-dominated cyanobacterium Acaryochloris marina2011

    • 著者名/発表者名
      Tomo, T.
    • 雑誌名

      J. Photochem. Photobiol. B-Biology

      巻: 104 ページ: 333-340

    • DOI

      10.1016/j.jphotobiol.2011.02.017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Herbicide effect on the photodamage process of photosystem II: Fourier transform infrared study2011

    • 著者名/発表者名
      Idedan, I.
    • 雑誌名

      Biochim. Biophys. Acta

      巻: 1807 ページ: 1214-1220

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2011.06.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photosystem II–gold nanoparticle conjugate as a nanodevice for the development of artificial light-driven water-splitting systems2011

    • 著者名/発表者名
      Noji, T.
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 2 ページ: 2448-2452

    • DOI

      10.1021/jz201172y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acaryochloris marinaの光化学系IIの単離精製と性質2011

    • 著者名/発表者名
      小島 茜
    • 雑誌名

      光合成研究

      巻: 21 ページ: 55-58

    • 査読あり
  • [学会発表] Phototsystem reaction by using near infrared light2012

    • 著者名/発表者名
      Tomo, T.
    • 学会等名
      JST-PRESTO International Joint Symposium on Photo-Science Leading to a Sustainable Society: Environment, Energy, Functional Materials
    • 発表場所
      慶應義塾大学
    • 年月日
      20120325-20120328
  • [学会発表] 人工的に合成した[7-ホルミル]-クロロフィルdを含む光化学系IIの色素組成2012

    • 著者名/発表者名
      土屋 徹
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学
    • 年月日
      20120316-20120318
  • [学会発表] Gloeobacter violaceus PCC 7421での形質転換系およひレポーター系の開発2012

    • 著者名/発表者名
      荒木 美英
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学
    • 年月日
      20120316-20120318
  • [学会発表] Synechocystis sp. PCC 6803における高効率なトランスポゾンタギング系の開発2012

    • 著者名/発表者名
      渡部 和幸
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学
    • 年月日
      20120316-20120318
  • [学会発表] Acaryochloris marinaから光化学系II反応中心の単離・精製とその性質2012

    • 著者名/発表者名
      遠藤 嘉一郎
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学
    • 年月日
      20120316-20120318
  • [学会発表] Acaryochloris marinaの光化学系IIにおけるクロロフィル三重項状態の赤外分光検出2012

    • 著者名/発表者名
      佐野 裕子
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学
    • 年月日
      20120316-20120318
  • [学会発表] 原始紅藻Cyanidium caldarium の新規分泌タンパク質と細胞分裂との関係2012

    • 著者名/発表者名
      奥原 未来
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学
    • 年月日
      20120316-20120318
  • [学会発表] シアノバクテリアで新たに形質転換系を開発する際には何を検討するのか?2011

    • 著者名/発表者名
      土屋 徹
    • 学会等名
      ラン藻の分子生物学2011
    • 発表場所
      かずさアカデミアホール
    • 年月日
      20111202-20111203
  • [学会発表] Gloeobacter violaceus PCC 7421での形質転換系の開発およびその応用2011

    • 著者名/発表者名
      荒木 美英
    • 学会等名
      ラン藻の分子生物学2011
    • 発表場所
      かずさアカデミアホール
    • 年月日
      20111202-20111203
  • [学会発表] 珪藻のアンテナタンパク質に結合しているプロテアーゼは非特異的な分解活性を持つ2011

    • 著者名/発表者名
      長尾 遼
    • 学会等名
      日本植物学会第75会年会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20110917-20110919
  • [学会発表] Amino acid modifications improved excitation energy distribution in pigment-altered photosystem II reaction center2011

    • 著者名/発表者名
      Yokono, M.
    • 学会等名
      5th Asia and Oceania Conference for Photobiology
    • 発表場所
      奈良県新公会堂
    • 年月日
      20110730-20110801
  • [学会発表] Spectroscopic properties of photosystems isolated from the transformant of Acaryochloris marina that accumulates a novel chlorophyll species2011

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiya, T.
    • 学会等名
      International Conference "Photosynthesis Research for Sustainability"
    • 発表場所
      Azerbaijan
    • 年月日
      20110724-20110730
  • [学会発表] Topological analysis of PsbQ′ subunit in Cyanidium caldarium PS II by ESR and crosslinking analysis2011

    • 著者名/発表者名
      Tomo, T.
    • 学会等名
      International Conference "Photosynthesis Research for Sustainability"
    • 発表場所
      Azerbaijan
    • 年月日
      20110724-20110730
  • [学会発表] Gloeobacter violaceus PCC 7421での形質転換系の開発2011

    • 著者名/発表者名
      荒木 美英
    • 学会等名
      第19回光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20110709-20110710
  • [学会発表] シアノバクテリアProchlorococcusにおけるジビニルクロロフィルの励起緩和ダイナミクス2011

    • 著者名/発表者名
      秋本 誠志
    • 学会等名
      第19回光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20110709-20110710
  • [学会発表] 光化学系IIの水分解反応に関与するアルギニン残基検出系の構築2011

    • 著者名/発表者名
      嶋田 友一郞
    • 学会等名
      第19回光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20110709-20110710
  • [学会発表] Prochlorococcusに保存されているPSII D1サブユニットのアミノ酸変異は励起エネルギーをCP47へ迂回させる2011

    • 著者名/発表者名
      横野 牧生
    • 学会等名
      第19回光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20110709-20110710
  • [学会発表] Fucoxanthin–Chlorophyll a/c–proteinにおけるクロロフィル間エネルギー移動2011

    • 著者名/発表者名
      勅使河原 彩香
    • 学会等名
      第19回光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20110709-20110710
  • [学会発表] 原始紅藻光化学系II表在性タンパク質PsbQ'のESR/cross-linkingを用いたトポロジー解析2011

    • 著者名/発表者名
      鞆 達也
    • 学会等名
      第19回光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20110709-20110710
  • [学会発表] Production of a novel chlorophyll species in vivo: application of the transformation system for chlorophyll d-dominated cyanobacterium2011

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiya, T.
    • 学会等名
      7th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments
    • 発表場所
      立命館大学
    • 年月日
      20110610-20110612
  • [学会発表] 珪藻の光化学系II複合体を優先的に分解するプロテアーゼはFCPに結合している2011

    • 著者名/発表者名
      長尾 遼
    • 学会等名
      第2回日本光合成学会
    • 発表場所
      京都大学百周年時計台記念館
    • 年月日
      20110603-20110604

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公開日: 2014-07-24  

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