高時間分解・絶対定量代謝解析による光合成代謝変動と酸化還元バランス維持機構の解明

通过高时间分辨率和绝对定量代谢分析阐明光合代谢波动和氧化还原平衡维持机制

• 批准号: 22K15142
• 负责人: 田中 謙也
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K15142/
• 关键词: 光合成; カルビン回路; メタボロミクス; 代謝フラックス解析; レドックス; シアノバクテリア; 高速代謝解析; レドックス状態; 環境応答

シアノバクテリアSynechocystis sp 6803において、暗所から明所に移した後の代謝変化を秒単位で定量した。その結果、暗所では解糖系の代謝物である3-ホスホグリセリン酸、2-ホスホグリセリン酸、およびホスホエノールピルビン酸が高蓄積しており、これが光照射後すぐにCO2固定代謝経路であるカルビンサイクルに流れ込むことが明らかとなった。この成果は高速サンプリング手法と代謝物濃度の絶対定量法という独自アプローチを組み合わせることで、従来困難だった光合成活性化中の動的な代謝フラックス変化を求めることで達成された。さらに暗所で働く代謝経路として知られていたグリコーゲン異化経路および酸化的ペントースリン酸経路の欠損株では、解糖系の代謝物蓄積量が野生株に比べて減少し、光合成の開始効率が低くなることが明らかとなった。これらのデータから、光合成によるCO2固定の迅速な活性化には、解糖系の代謝物が暗所で蓄積していることが重要であることが明らかとなった。研究で明らかになった光照射に伴って光合成がスムーズに始まる代謝基盤は、環境適応機構において代謝物濃度の適切な維持が重要であることを示唆している。今後、代謝物濃度やその維持機構に着目することで新たな環境適応機構が明らかになることが期待される。また、本研究成果が今後の研究にも大きな影響を与えることが予想される。例えば、本研究で用いられた高速サンプリング手法や代謝物濃度の絶対定量法および動的代謝フラックス解析手法は、他の微生物や植物の代謝解析にも応用が可能であり、新しい発見や知見の獲得につながることが期待される。また、明暗環境変化下でも安定した光合成による有用物質生産ができる菌株の作出指針となりえる。

シ ア ノ バ ク テ リ ア Synechocystis sp 6803 に お い て, dark か ら に move by Ming し た 単 の metabolic variations change を seconds after a quantitative し で た. そ の results, dark the で は sugar solution is の metabolites で あ る 3 - ホ ス ホ グ リ セ リ ン acid, 2 - ホ ス ホ グ リ セ リ ン acid, お よ び ホ ス ホ エ ノ ー ル ピ ル ビ ン が high acid accumulation し て お り, こ れ が light after す ぐ に CO2 fixation metabolic 経 road で あ る カ ル ビ ン サ イ ク ル に flow れ 込 む こ と が Ming ら か と な っ た. こ の results は high-speed サ ン プ リ ン グ gimmick と metabolites concentration の unique quantitative method of seaborne と い う ア alone プ ロ ー チ を group み close わ せ る こ と で, difficulty 従 to だ っ た の move in photosynthesis activeness な metabolic フ ラ ッ ク ス patches.by - を め る こ と で reached さ れ た. さ ら に で by dark 働 く metabolic 経 road と し て know ら れ て い た グ リ コ ー ゲ ン alienation 経 road お よ び acidification ペ ン ト ー ス リ ン acid の owe 経 road damage strain で は, volume solution of sugar is の metabolites が wild strains に than べ て reducing し, photosynthetic の start working rate が low く な る こ と が Ming ら か と な っ た. こ れ ら の デ ー タ か ら, photosynthetic に よ る CO2 fixation の quickly な activeness に は, sugar solution is の metabolites が dark で accumulation し て い る こ と が important で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. Research で Ming ら か に な っ た light に with っ て photosynthetic が ス ム ー ズ に beginning ま る metabolic substrate は, the environment comfortable 応 institutions に お い て metabolites concentration の appropriate な maintain が important で あ る こ と を in stopping し て い る. In the future, the concentration of the metabolite や そ の keep agency に with mesh す る こ と で new た な environment comfortable 応 institutions が Ming ら か に な る こ と が expect さ れ る. Youdaoplaceholder0, the research results of this study が will have a significant impact on が and える える とが in the future される research. Example え ば, this study で い ら れ た high-speed サ ン プ リ ン グ gimmick や metabolites concentration の unique quantitative method of seaborne お よ び dynamic metabolic フ ラ ッ ク ス parsing technique は, he の microbial や plant の metabolic parsing に も 応 may use が で あ り, new し い 発 see や know の get に つ な が る こ と が expect さ れ る. Youdaoplaceholder0, under the change of light and dark environment, で える, stable <s:1>, た, light synthesis による, production of useful substances, がで, る, strain <s:1>, making indicators, とな, える, える.

项目成果

Dark accumulation of downstream glycolytic intermediates initiates robust photosynthesis in cyanobacteria

• DOI: 10.1093/plphys/kiac602
• 发表时间: 2022-12-27
• 期刊: PLANT PHYSIOLOGY
• 影响因子: 7.4
• 作者: Tanaka，Kenya;Shirai，Tomokazu;Hasunuma，Tomohisa
• 通讯作者: Hasunuma，Tomohisa

絶対定量メタボロミクスによる光合成活性化時の高速代謝変化の解析

使用绝对定量代谢组学分析光合作用激活过程中的快速代谢变化

• 发表时间: 2022
• 作者: Shimakawa Ginga;Shoguchi Eiichi;Burlacot Adrien;Ifuku Kentaro;Che Yufen;Kumazawa Minoru;Tanaka Kenya;Nakanishi Shuji;長井 志江;田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久;長井 志江;田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久
• 通讯作者: 田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久

シアノバクテリアにおけるスムーズな光合成開始を支える代謝状態

支持蓝藻光合作用顺利启动的代谢状态

• 发表时间: 2022
• 作者: Enriquez G;Nagai Y;田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久;山崎世理愛;田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久
• 通讯作者: 田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久

シアノバクテリアにおいて下流解糖系中間体の維持が迅速な光合成開始を可能にする

下游糖酵解中间体的维持使得蓝藻能够快速启动光合作用

• 发表时间: 2023
• 作者: Shimakawa Ginga;Shoguchi Eiichi;Burlacot Adrien;Ifuku Kentaro;Che Yufen;Kumazawa Minoru;Tanaka Kenya;Nakanishi Shuji;長井 志江;田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久
• 通讯作者: 田中 謙也・白井 智量・松田 真実・近藤 昭彦・蓮沼 誠久

Metabolism for robust initiation of photosynthesis in cyanobacteria

蓝藻中光合作用的稳健启动的代谢

• 发表时间: 2022
• 作者: Kenya Tanaka;Tomokazu Shirai;Mami Matsuda;Akihiko Kondo;Tomohisa Hasunuma
• 通讯作者: Tomohisa Hasunuma