祖先酵素復元実験に基づく真核生物祖先の生育酸素濃度の制約

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本研究課題の目的は、酸素発生型光合成生物の祖先型Fe-SOD(Fe-superoxide dismutase)酵素を復元し、その活性を測定することである。祖先生物が保持していたFe- SODの活性から、地球史を通じた大気酸素濃度変動と生物の抗酸化システムの進化の関連性を解明することを目指した。 研究1年目および2年目に、Fe-SODの過去の発現量推定・分子系統解析・祖先配列推定を完了し、約27億年前及ひ23-21億年前のものとされる、2種の祖先型シアノバクテリアFe-SOD遺伝子を合成した。さらに、シアノバクテリアNDK (nucleoside diphosphate kinase) を用いた祖先酵素復元実験も行い、シアノバクテリアの祖先が現在よりも 高い温度環境に生息していたことを示した。今年度はこれらの成果を論文としてまとめ、その一部を国際学術雑誌に投稿中である。これに伴い、古細菌と真正細菌のFe-SODとMn-SOD（Mn-superoxide dismutase）について分子系統の再解析を行った。その結果、Fe-SODがシアノバクテリアの誕生以前に存在したという昨年度の結果に加えて、Fe-SODがMn-SODから進化したという新しい進化の描像が提示する計算結果が得られた。また、これら金属選択性の高いSOD（Fe-SODやMn-SOD）は、活性中心としてFeとMnの両方を用いることのできる金属選択性が低いSOD（cambialistic SOD）を起源とする可能性が示された。合成の完了した祖先型遺伝子について、これらを大腸菌内で発現・精製するための実験を開始した。発現用ベクターへの載せ替えの段階で困難が生じたため祖先型遺伝子を再設計したこと、研究代表者が異動したこと等に伴い、当初の実験計画には遅れが生じたが、今後も引き続き実験を遂行可能な状態にある。