実用藻類ツノケイソウにおける光合成能と有用物質生産能の統合的強化

本研究は、光合成の最適化と異種発現による物質生産の統合を目指すものである。具体的には実用珪藻ツノケイソウにおいて、集光性色素タンパク質(FCP, Fucoxanthin Chlorophyll a/c - binding Protein)の構成を最適化し、かつ、有用物質生合成酵素の異種発現を試みる。本年度は主に前者の課題に注力した。潜在的に余剰である可能性のあるFCP分子種のうち、ゲノム編集による遺伝子欠損変異体作成の標的として、光化学系に直接結合するFCPから2分子種、クライオ電子顕微鏡構造には認められないが高蓄積するFCPから2分子種、特定の光条件で高発現するFCPから1分子種を選択した。そして標的FCPのうち3つの遺伝子欠損変異体を作成することに成功し、その他の候補についても変異体候補株の単離と確認を進めている。すでに得られたFCP欠損変異体については、野生株と異なる光合成特性を有することを認めた。加えて本年度は、ゲノム編集による特定のFCP欠損や様々な光条件が、光化学系超複合体の形成状態に及ぼす影響を解析するために、Clear Native (CN)-PAGEの条件検討を行なった。珪藻でこれまで利用されてきたCN-PAGEの条件ではチラコイド膜の精製及び泳動中にFCPが光化学系複合体から脱離してしまい、光化学系超複合体ごとのFCPの集合状態を分析することが困難であった。そこで他種藻類や陸上植物で近年使用されつつある界面活性剤を利用することで、CN-PAGE中にFCPが光化学系コアから脱離する問題を解決した。これによって、次年度以降のFCP分子機能解析の基盤技術を確立できた。

本研究は、光合成の最適化と異種発現による物質生産の統合を目指すものである。具体的には実用珪藻ツノケイソウにおいて、集光性色素タンパク質(FCP, Fucoxanthin Chlorophyll a/c - binding Protein)の構成を最適化し、かつ、有用物質生合成酵素の異種発現を試みる。本年度は主に前者の課題に注力した。潜在的に余剰である可能性のあるFCP分子種のうち、ゲノム編集による遺伝子欠損変異体作成の標的として、光化学系に直接結合するFCPから2分子種、クライオ電子顕微鏡構造には認められないが高蓄積するFCPから2分子種、特定の光条件で高発現するFCPから1分子種を選択した。そして標的FCPのうち3つの遺伝子欠損変異体を作成することに成功し、その他の候補についても変異体候補株の単離と確認を進めている。すでに得られたFCP欠損変異体については、野生株と異なる光合成特性を有することを認めた。加えて本年度は、ゲノム編集による特定のFCP欠損や様々な光条件が、光化学系超複合体の形成状態に及ぼす影響を解析するために、Clear Native (CN)-PAGEの条件検討を行なった。珪藻でこれまで利用されてきたCN-PAGEの条件ではチラコイド膜の精製及び泳動中にFCPが光化学系複合体から脱離してしまい、光化学系超複合体ごとのFCPの集合状態を分析することが困難であった。そこで他種藻類や陸上植物で近年使用されつつある界面活性剤を利用することで、CN-PAGE中にFCPが光化学系コアから脱離する問題を解決した。これによって、次年度以降のFCP分子機能解析の基盤技術を確立できた。