光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製（総括班）

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
• 研究課題/領域番号: 22H04905
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 沈 建仁 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (60261161)
• 研究分担者: 民秋 均 立命館大学, 生命科学部, 教授 (00192641)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 光合成 / 人工光合成 / 光エネルギー変換 / 水分解 / エネルギー移動 / 高精度量子力学計算 / 二酸化炭素還元 / 光触媒

研究実績の概要

本研究の目的は、平成29年～令和3年に実施した新学術領域研究「光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製」（略称：革新的光物質変換）の成果を取りまとめ、報告書を作成し提出するとともに、社会に広く公表し、後続研究や社会に役立つことである。平成29年～令和3年の5年間に、当該研究領域のもと、3つの班(A班、天然光合成の機構解明；B班、天然光合成と人工光合成を繋ぐ最先端計測技術；C班、人工光合成系の開発)を設け、7つの計画研究を組織し、16名の計画研究代表者・分担者、8名の計画研究連携研究者、そして2期計67名の公募研究代表者、52名の公募研究連携研究者の参画を得て、研究を実施してきた。それらの結果、Nature, Science等国際一流誌の論文を含む合計総数955報（重複なし889報）の原著論文を発表した。本研究では、これらの論文に加え、当領域の過去5年間のすべての活動（論文発表、国際学会・国内学会や各種講演会、シンポジウムの開催・参加・発表、ホームページ、新聞・プレス発表、出前講義、一般講演等）を取りまとめ、事後報告書を作成し、提出した。提出した事後報告書をもとに、審査を受け、Aの評価をいただいた。加えて、本新学術領域研究で得た成果は、計画研究や公募研究の代表者等により関連学会・研究会や出前講義等で発表し、また、ホームページ等で公表するなどして広く社会に公表し、後続研究や社会に役立つよう研究を進めた。

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

• [雑誌論文] Photoinduced chlorophyll charge transfer state identified in the light-harvesting complex II from a marine green alga Bryopsis corticulans (2023)
  • 著者名/発表者名: Li Dan-Hong、Wang Wenda、Zhou Cuicui、Zhang Yan、Zhao Songhao、Zhou Yi-Ming、Gao Rong-Yao、Yao Hai-Dan、Fu Li-Min、Wang Peng、Shen Jian-Ren、Kuang Tingyun、Zhang Jian-Ping
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 ページ: 105761～105761
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105761
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ring-shaped self-assembly of a naphthalene-linked chlorophyll dimer (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishii Tatsuma、Matsubara Shogo、Tamiaki Hitoshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 59 ページ: 1967～1970
  • DOI: 10.1039/D2CC06368A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoinduced Catalytic Organic‐Hydride Transfer to CO ₂ Mediated with Ruthenium Complexes as NAD ⁺ /NADH Redox Couple Models** (2023)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Yusuke、Deromachi Nagisa、Kajiwara Takashi、Koizumi Take‐aki、Kitagawa Susumu、Tamiaki Hitoshi、Tanaka Koji
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 16 ページ: e202300032
  • DOI: 10.1002/cssc.202300032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of a tetrameric photosystem I from a glaucophyte alga Cyanophora paradoxa (2022)
  • 著者名/発表者名: Kato Koji、Nagao Ryo、Ueno Yoshifumi、Yokono Makio、Suzuki Takehiro、Jiang Tian-Yi、Dohmae Naoshi、Akita Fusamichi、Akimoto Seiji、Miyazaki Naoyuki、Shen Jian-Ren
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 1679
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29303-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis for the absence of low-energy chlorophylls in a photosystem I trimer from Gloeobacter violaceus (2022)
  • 著者名/発表者名: Kato Koji、Hamaguchi Tasuku、Nagao Ryo、Kawakami Keisuke、Ueno Yoshifumi、Suzuki Takehiro、Uchida Hiroko、Murakami Akio、Nakajima Yoshiki、Yokono Makio、Akimoto Seiji、Dohmae Naoshi、Yonekura Koji、Shen Jian-Ren
  • 雑誌名: eLife 巻: 11 ページ: 73990
  • DOI: 10.7554/eLife.73990
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis for different types of hetero-tetrameric light-harvesting complexes in a diatom PSII-FCPII supercomplex (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagao Ryo、Kato Koji、Kumazawa Minoru、Ifuku Kentaro、Yokono Makio、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Akita Fusamichi、Akimoto Seiji、Miyazaki Naoyuki、Shen Jian-Ren
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 1764
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29294-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrafast excitation quenching by the oxidized photosystem II reaction center (2022)
  • 著者名/発表者名: Akhtar Parveen、Sipka Gabor、Han Wenhui、Li Xingyue、Han Guangye、Shen Jian-Ren、Garab Gyozo、Tan Howe-Siang、Lambrev Petar H.
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 156 ページ: 145101～145101
  • DOI: 10.1063/5.0086046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Excited-state intermediates in a designer protein encoding a phototrigger caught by an X-ray free-electron laser (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu X.、Liu P.、Li H.、Xu Z.、Jia L.、Xia Y.、Yu M.、Tang W.、Zhu X.、Chen C.、Zhang Y.、Nango E.、Tanaka R.、Luo F.、Kato K.、Nakajima Y.、Kishi S.、Yu H.、Matsubara N.、Owada S.、Tono K.、Iwata S.、Yu L.-J.、Shen J.-R.、Wang J.
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 14 ページ: 1054～1060
  • DOI: 10.1038/s41557-022-00992-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of mutations of D1-R323, D1-N322, D1-D319, D1-H304 on the functioning of photosystem II in Thermosynechococcus vulcanus (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhu Qingjun、Yang Yanyan、Xiao Yanan、Han Wenhui、Li Xingyue、Wang Wenda、Kuang Tingyun、Shen Jian-Ren、Han Guangye
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 152 ページ: 193～206
  • DOI: 10.1007/s11120-022-00920-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Geometric, electronic and spin structures of the CaMn4O5 catalyst for water oxidation in oxygen-evolving photosystem II. Interplay between experiments and theoretical computations (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Kizashi、Shoji Mitsuo、Isobe Hiroshi、Kawakami Takashi、Miyagawa Koichi、Suga Michihiro、Akita Fusamichi、Shen Jian-Ren
  • 雑誌名: Coordination Chemistry Reviews 巻: 471 ページ: 214742～214742
  • DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214742
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitation relaxation dynamics of carotenoids constituting the diadinoxanthin cycle (2022)
  • 著者名/発表者名: Kagatani Kohei、Nagao Ryo、Shen Jian-Ren、Yamano Yumiko、Takaichi Shinichi、Akimoto Seiji
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 154 ページ: 13～19
  • DOI: 10.1007/s11120-022-00944-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton quenching by oxidized chlorophyll Z across the two adjacent monomers in a photosystem II core dimer (2022)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Ahmed、Nishi Shunsuke、Kawakami Keisuke、Shen Jian-Ren、Itoh Shigeru、Fukumura Hiroshi、Shibata Yutaka
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 154 ページ: 277～289
  • DOI: 10.1007/s11120-022-00948-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulating the low-temperature, metastable electrochromism of Photosystem I: Applications to <i>Thermosynechococcus vulcanus</i> and <i>Chroococcidiopsis thermalis</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Langley J.、Purchase R.、Viola S.、Fantuzzi A.、Davis G. A.、Shen Jian-Ren、Rutherford A. W.、Krausz E.、Cox N.
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 157 ページ: 125103～125103
  • DOI: 10.1063/5.0100431
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Roles of the Flexible Primary Coordination Sphere of the Mn₄CaO_<i>x</i>Cluster: What Are the Immediate Decay Products of the<b>S₃</b>State? (2022)
  • 著者名/発表者名: Isobe Hiroshi、Shoji Mitsuo、Suzuki Takayoshi、Shen Jian-Ren、Yamaguchi Kizashi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 126 ページ: 7212～7228
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c02596
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cryo‐electron microscopy structure of the intact photosynthetic light‐harvesting antenna‐reaction center complex from a green sulfur bacterium (2022)
  • 著者名/発表者名: Chen Jing‐Hua、Wang Weiwei、Wang Chen、Kuang Tingyun、Shen Jian‐Ren、Zhang Xing
  • 雑誌名: Journal of Integrative Plant Biology 巻: 65 ページ: 223～234
  • DOI: 10.1111/jipb.13367
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structures of photosystem II from a cyanobacterium expressing psbA in comparison to psbA reveal differences in the D1 subunit (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Yoshiki、Ugai-Amo Natsumi、Tone Naoki、Nakagawa Akiko、Iwai Masako、Ikeuchi Masahiko、Sugiura Miwa、Suga Michihiro、Shen Jian-Ren
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 ページ: 102668～102668
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102668
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Possible Mechanism for Aggregation-Induced Chlorophyll Fluorescence Quenching in Light-Harvesting Complex II from the Marine Green Alga <i>Bryopsis corticulans</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Yao Hai-Dan、Li Dan-Hong、Gao Rong-Yao、Zhou Cuicui、Wang Wenda、Wang Peng、Shen Jian-Ren、Kuang Tingyun、Zhang Jian-Ping
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 126 ページ: 9580～9590
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c05823
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Structure of Photosystem and the Mechanism of Photosynthetic Water Oxidation (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 学会等名: Annual Research Frontier Symposium, Alabama State University (Online), USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure of photosystem II and the mechanism of water oxidation (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 学会等名: Nobel Symposium #168 “Visions of bio-inorganic chemistry: Metals and the molecules of life”, Stockholm, Sweden
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crystal structure of photosystem II and the mechanism of water oxidation (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 学会等名: Seminar in Stockholm University, Stockholm, Sweden
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The engine of life driven by light -- Structure of photosystem II and the mechanism of photosynthetic water-splitting (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 学会等名: GREGORI AMINOFF PRIZE SYMOPSIUM 2022, The Royal Swedish Academy of Sciences, Stockholm, Sweden
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural studies of photosystem II water oxidation and other photosystem-light harvesting protein supercomplexes from different organisms (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 学会等名: 18th International Congress on Photosynthesis Research (ISPR2022), New Zealand
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New structural insights on water-oxidation catalyst and the diversity of photosystem II (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 学会等名: Satellite Meeting on Mechanisms of Water Oxidation, in conjunction with ISPR18 (ISPR2022), New Zealand
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure of photosystem II and the mechanism of water oxidation (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 学会等名: 10th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBIC10), Kobe
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Subcell. Biochem. Macromolecular Protein Complexes IV (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian-Ren Shen
  • 総ページ数: 27
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-3-031-00792-7
• [備考] 研究領域のホームページ
  • URL: http://photoenergy-conv.net/
• [学会・シンポジウム開催] Seventeenth International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP22) (2022)