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

实用藻类光合能力和有用物质生产能力的综合增强

• 批准号: 22KJ2017
• 负责人: 熊沢 穣
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2017/
• 关键词: 光合成; 集光タンパク質; 珪藻; 微細藻類; 環境応答; 物質生産

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。

This study aims at optimizing photosynthesis and integrating substance production. Specifically, the optimization of the composition of Fucoxanthin Chlorophyll a/c-binding Protein (FCP), the optimization of the composition of FCP, and the heterogenesis of useful substance biosynthetic enzymes were studied. This year, the focus is on the former. Potential residual FCP molecular species are identified by molecular compilation, molecular depletion, target formation, photochemical system, direct binding, electron microscopy, microstructural recognition, high accumulation, and high occurrence under specific light conditions. The target FCP has been successfully created, and other candidates have been identified. FCP is not suitable for wild plants. In addition, this year's review of the conditions for the preparation of specific FCP defects, the analysis of the formation state and influence of photochemical supercomplexes, and the analysis of the conditions for Clear Native (CN)-PAGE was conducted. It is difficult to analyze the FCP aggregation state of photochemical system complexes in the purification and electrophoresis of FCP membranes by CN-PAGE conditions. In recent years, other species of algae and terrestrial plants have been used to solve the problem of FCP separation from photochemical systems in CN-PAGE The next year, we will establish the basic technology for molecular function analysis of FCP.

项目成果

ゲノム編集によるツノケイソウ Lhcx1遺伝子の機能破壊と表現型解析

通过基因组编辑对硅藻犀 Lhcx1 基因进行功能破坏和表型分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 熊沢 穣;石川 規子;辻 祥子;井上（菓子野）名津子;菓子野 康浩;伊福 健太郎
• 通讯作者: 伊福 健太郎

Molecular characterization of fucoxanthin-chlorophyll a/c proteins in the diatom Chaetoceros gracilis: the unique diversification process of the light-harvesting complexes in red-algal lineage.

硅藻细角角藻中岩藻黄质-叶绿素 a/c 蛋白的分子特征：红藻谱系中光捕获复合物的独特多样化过程。

• 发表时间: 2022
• 作者: Minoru Kumazawa;Hiroyo Nishide;Ryo Nagao;Natsuko Inoue-Kashino;Ikuo Uchiyama;Yasuhiro Kashino;Jian-Ren Shen;Takeshi Nakano;Kentaro Ifuku
• 通讯作者: Kentaro Ifuku

ツノケイソウの赤色光培養で蓄積する FCP (Fucoxanthin Chlorophyll a /c - Binding Protein)の同定と機能解析

硅藻叶绿素红光培养物中积累的 F​​CP（岩藻黄质叶绿素 a /c - 结合蛋白）的鉴定和功能分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 中村 翠;熊沢 穣;長尾 遼;石川 規子;沈 建仁;伊福健太郎
• 通讯作者: 伊福健太郎