2017 Fiscal Year Annual Research Report
代謝の相互作用から見るシアノバクテリアから陸上植物の葉緑体までの進化
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17J09234
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
三角 将洋 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 光合成 / 呼吸 / シアノバクテリア / 藻類 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今までの研究では、シアノバクテリアと、シアノバクテリアの特徴を最もよく残す葉緑体を持つ灰色藻を用いて、呼吸の光合成への影響を調べてきた。真核生物では、呼吸系はミトコンドリアが担うようになるが、灰色藻の葉緑体でもシアノバクテリアと同様に、暗所で代謝（葉緑体呼吸）によって、光合成の電子伝達鎖が強く還元されることを確認している。つまり、共生の後でも呼吸系様の代謝が光合成へ強い影響を与えている可能性が示唆された。一般的に、光合成電子伝達鎖が強く還元されている状態は、光による光化学系への電子の流入が過剰であることを意味するので、円滑な電子伝達の為に、多くの光合成生物ではステート遷移と呼ばれるメカニズムが働き、光合成の効率を低下させる。ここで興味深いのが、前述の通り、暗所でも呼吸からの電子の流入が起こることで、同様に光合成の効率が低下する。この呼吸系からの影響は暗所のみならず、シアノバクテリアにおいては、弱光下でも影響を受けるため、光合成の効率を高めるべきであると考えられる環境下で、低下することが明らかになっている。
本年度は、この呼吸による光合成の効率の低下が、共生というイベントを経てもなお、色濃く残っていたことから、光合成にとって何らかの生理学的意義が存在することを示していると考え、その探求を行なった。仮説として考えられたのが、暗所もしくは弱光から、急激に強光を浴びた場合の、光化学系に対する保護機構としての役割である。近年、変動光環境下では、光合成生物は、特に光化学系Ⅰにストレスを受けていることが明らかとなっており、この呼吸系の光合成への影響も、こうしたストレスに対する防御策の１つなのではないかと考えた。これを解明するために呼吸系、ステート遷移の変異株の作成及び培養を行ったため、今後はその変異株の間欠光、変動光下での応答を、主にクロロフィル蛍光測定装置を用いて解析する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今までシアノバクテリアの遺伝子破壊株を用いて、光合成の解析を行なったことはあったが、既に作成された株を用いており、分子生物学的手法を用いて、遺伝子破壊株を新たに作成したことはなかった。しかし、研究実績の概要に記載のように、今までの研究結果から、呼吸や葉緑体呼吸といった代謝の光合成への影響の生理学的意義を調べるために、呼吸系の変異株の培養に加えて、ステート遷移に関する遺伝子破壊株の作成が必要不可欠であった。器具や試薬を買って揃えるところから始まり、また不慣れなためか、なかなか目的の遺伝子破壊株のコロニーを得ることができなかった。結局目的のコロニーを得て、その選抜の段階までを含めると３、４ヶ月と思った以上の時間を要してしまった。
さらに、学会発表に記載されている他にも共同研究を１件行なっており、中々自分の研究について着手出来ない時期もあったが、多少遠回りになったものの、上記の分子学的手法の習得並びに、共同研究を通して得た手法や知識は、今後の自分の研究のさらなる発展に続くと確信し、「おおむね順調に進展している」を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
呼吸系の遺伝子破壊株の他に、ステート遷移に関する遺伝子破壊株をようやく得ることが出来たので、これらを用いて、間欠光または変動光下での表現系、特に光合成についてはクロロフィル蛍光測定装置を用いて確かめていく予定である。
また真核藻類における葉緑体呼吸の光合成への影響を調べていく上で、今までの研究から灰色藻に関しては一段落ついたので、今後は紅藻、緑藻も用いつつ、特に光環境や培地における有機物の有無などによる、葉緑体呼吸の光合成への影響の、種による異なりについてより詳細に調べることにより、光合成生物における進化と代謝と光合成の影響との関係性について明らかにしたいと考えている。
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Research Products
(3 results)
