南極藻類に見つかった新規長波長光利用メカニズムの解明と進化学的理解

对南极藻类中发现的新型长波长光利用机制的阐明和进化理解

• 批准号: 22K06380
• 负责人: 小杉 真貴子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute for Basic Biology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06380/
• 关键词: 光合成; 南極; 極限環境; 藻類; エネルギー移動; 赤外線; 極域; 光応答; 多様性進化

ナンキョクカワノリ（Prasiola crispa)の赤外線利用型光合成システムの分子生物学的解析を行うため、ナンキョクカワノリのゲノムシーケンスデータとトランスクリプトームデータから遺伝子領域の予測とアノテーションを行った。解析の結果、10244個の遺伝子がアサインされ、BUSCOによるクオリティの評価では真核生物の必須遺伝子の86％がカバーされていた。Pc-frLHCをコードする遺伝子をアミノ酸配列から推定したところ、相同性の高い４つの候補遺伝子が特定された。ナンキョクカワノリの培養株を用いて赤外線吸収型アンテナタンパク質（Pc-frLHC)の発現条件を詳細に調べるとともに培養株から精製したPc-frLHCの生化学分析と分光学分析を行った。これまでに基礎生物学研究所の大型スペクトログラフを利用してPc-frLHCの発現の光波長依存性を測定してきたが、その発現量は南極の生育環境下で採集したものに比べて非常に少なく短時間の照射処理で発現の有無を判断することが難しかった。今回得られたゲノム情報を元にリアルタイムPCR用に設計したプライマーを用いてPc-frLHCの発現量の比較を行うことで、Pc-frLHCの発現を誘導する波長と発現を抑制する波長が明らかになった。更に温度条件や培地組成を検討することで、培養環境でのPc-frLHCの発現量を大幅に増やすことに成功した。培養株で発現させたPc-frLHCは野外採集株から精製したPc-frLHCと同様の複合体構造であることが示唆されたが、２つある赤外線吸収成分のうち長波長側の割合が少ないことが分かった。このことから、培養株のPc-frLHCは何らかの構造上の違いがあると考えられた。今後、培養株由来のPc-frLHCの構造解析や時間分解蛍光スペクトル解析を行うことで、野外株に見られる長波長吸収クロロフィルを特定する。

The molecular biology analysis of infrared ray utilization type photosynthetic system of Prasiola crispa is carried out, and the prediction system of Prasiola crispa is carried out. The analysis results showed that 10244 genes were found to be missing, 86% of the eukaryotic essential genes were found to be missing. Pc-frLHC is a candidate for the identification of a candidate. The conditions for the development of Pc-frLHC were adjusted in detail by infrared absorption and biochemical analysis of Pc-frLHC. The use of Pc-frLHC in large-scale plants at the Institute of Basic Biology is difficult to determine the wavelength dependence of Pc-frLHC occurrence and the amount of Pc-frLHC occurrence in Antarctic reproductive environments. This paper presents a comparison of the emission of Pc-frLHC with the emission of Pc-frLHC at the wavelength at which the emission is induced and the wavelength at which the emission is suppressed. In addition, temperature conditions and culture composition were discussed, and the production of Pc-frLHC increased significantly in culture environment. The Pc-frLHC was found in cultured plants, and the Pc-frLHC was refined from wild collected plants. The complex structure of the same species was also studied. The infrared absorption component was separated from the long wavelength side. The Pc-frLHC of the cultured plant is structurally different. In the future, the structure analysis, time decomposition and light selection analysis of Pc-frLHC from cultured strains and the identification of long-wavelength absorption from wild strains will be carried out.

项目成果

南極藻類に見つかったアップヒル型励起エネルギー移動による遠赤色光利用メカニズム

在南极藻类中发现通过上坡激发能量转移利用远红光的机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 小杉真貴子;川崎政人;柴田穣;原光二郎;高市真一;安達成彦;守屋俊夫;亀井保博;菓子野康浩;小池裕幸;千田俊哉
• 通讯作者: 千田俊哉