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蘆田 弘樹大学院人間発達環境学研究科 人間環境学専攻教授
研究活動情報
■ 受賞- 2015年03月 日本農芸化学会, 農芸化学奨励賞, 光合成CO2固定酵素RuBisCOの機能進化研究日本国国内学会・会議・シンポジウム等の賞
- 2010年05月 日本生化学会近畿支部, 優秀発表賞, RuBisCO-like proteinを用いた光合成CO2固定酵素RuBisCOの分子進化研究日本国国内学会・会議・シンポジウム等の賞
- Glycogen serves as a metabolic sink in cyanobacteria. Glycogen deficiency causes the extracellular release of distinctive metabolites such as pyruvate and 2-oxoglutarate upon nitrogen depletion; however, the mechanism has not been fully elucidated. This study aimed to elucidate the mechanism of carbon partitioning in glycogen-deficient cyanobacteria. Extracellular and intracellular metabolites in a glycogen-deficient ΔglgC mutant of Synechococcus elongatus PCC 7942 were comprehensively analyzed. In the presence of a nitrogen source, the ΔglgC mutant released extracellular glutamate rather than pyruvate and 2-oxoglutarate, whereas its intracellular glutamate level was lower than that in the wild-type strain. The de novo synthesis of glutamate increased in the ΔglgC mutant, suggesting that glycogen deficiency enhanced carbon partitioning into glutamate and extracellular excretion through an unidentified transport system. This study proposes a model in which glutamate serves as the prime extracellular metabolic sink alternative to glycogen when nitrogen is available.2024年02月, Communications biology, 7(1) (1), 233 - 233, 英語, 国際誌研究論文(学術雑誌)
- Abstract The cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 accumulates alarmone guanosine tetraphosphate (ppGpp) under stress conditions, such as darkness. A previous study observed that artificial ppGpp accumulation under photosynthetic conditions led to the downregulation of genes involved in the nitrogen assimilation system, which is activated by the global nitrogen regulator NtcA, suggesting that ppGpp regulates NtcA activity. However, the details of this mechanism have not been elucidated. Here, we investigate the metabolic responses associated with ppGpp accumulation by heterologous expression of the ppGpp synthetase RelQ. The pool size of 2-oxoglutarate (2-OG), which activates NtcA, is significantly decreased upon ppGpp accumulation. De novo 13C-labeled CO2 assimilation into the Calvin-Benson-Bassham cycle and glycolytic intermediates continues irrespective of ppGpp accumulation, whereas the labeling of 2-OG is significantly decreased under ppGpp accumulation. The low 2-OG levels in the RelQ overexpression cells could be because of the inhibition of metabolic enzymes, including aconitase, which are responsible for 2-OG biosynthesis. We propose a metabolic rearrangement by ppGpp accumulation, which negatively regulates 2-OG levels to maintain carbon and nitrogen balance.Springer Science and Business Media LLC, 2023年12月, Communications Biology, 6(1) (1)研究論文(学術雑誌)
- Scope: Human thioredoxin-1 (hTrx-1) is a defensive protein induced by various stresses and exerts antioxidative and anti-inflammatory effects. Previously, we described a transplastomic lettuce overexpressing hTrx-1 that exerts a protective effect against oxidative damage in a pancreatic β-cell line. In this study, we treated diabetic mice (Akita mice) with exogenous hTrx-1 and evaluated the effects. Methods and results: Treatment with drinking water and single applications of exogenous hTrx-1 did not influence the feeding, drinking behavior, body weight, blood glucose, or glycosylated hemoglobin (HbA1c) levels in Akita mice. However, chronic administration of a 10% hTrx-1 lettuce-containing diet was associated with a significant reduction from the baseline of HbA1c levels compared with mice fed a wild-type lettuce-containing diet. It also resulted in an increased number of goblet cells in the small intestine, indicating that mucus was synthesized and secreted. Conclusion: Our results revealed that the administration of an hTrx-1 lettuce-containing diet improves the baseline level of HbA1c in Akita mice. This effect is mediated through goblet cell proliferation and possibly related to protection against postprandial hyperglycemia by mucus, which results in the improvement of blood glucose control. These findings suggest that the hTrx-1 lettuce may be a useful tool for the continuous antioxidative and antidiabetic efficacies of the hTrx-1 protein.2021年08月, Food science & nutrition, 9(8) (8), 4232 - 4242, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2019年11月, BIOORGANIC & MEDICINAL CHEMISTRY, 27(22) (22), 115120 - 115120, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2019年02月, BIOCHEMICAL SOCIETY TRANSACTIONS, 47(1) (1), 179 - 185, 英語, 国際誌[査読有り]
- Elsevier, 2019年01月, Comprehensive Biotechnology, 169 - 180, 英語論文集(書籍)内論文
- 2019年01月, MICROBIAL BIOTECHNOLOGY, 12(1) (1), 77 - 97, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2017年01月, NATURE COMMUNICATIONS, 8, 14007 - 14007, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2015年01月, BREEDING SCIENCE, 65(1) (1), 77 - 84, 英語, 国内誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2014年05月, BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 77(5) (5), 1104 - 1107, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2014年01月, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 111(1) (1), E54 - E61, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2013年12月, PLOS ONE, 8(7) (7), e67385, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2013年02月, BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS, 431(2) (2), 176 - 180, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2012年, Environmental Control in Biology, 50(3) (3), 237 - 246, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- Elsevier Inc., 2011年09月, Comprehensive Biotechnology, Second Edition, 4, 165 - 176, 英語[査読有り]論文集(書籍)内論文
- 2011年07月, PLANT MOLECULAR BIOLOGY, 76(3-5) (3-5), 335 - 344, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2010年11月, GM Crops, 1, 322 - 326, 英語Generation of transplastomic lettuce with enhanced growth and high yield.[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2010年09月, PLANT JOURNAL, 63(5) (5), 766 - 777, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2010年02月, BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS, 392(2) (2), 212 - 216, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2009年09月, ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION D-STRUCTURAL BIOLOGY, 65, 942 - 951, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2009年09月, PLANT PHYSIOLOGY, 151(1) (1), 114 - 128, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2,3-Diketo-5-methylthiopentyl-1-phosphate enolase (DK-MTP-1P enolase), a RuBisCO-like protein (RLP), catalyzes the enolization of 2,3-diketo-5-methylthiopentyl-1-phosphate. The crystal structure of the apo decarbamylated form (E form) of Bacillus subtilis DK-MTP-1P enolase (Bs-DK-MTP-1P enolase) has been determined at 2.3 A resolution. The overall structure of the E form of Bs-DK-MTP-1P enolase highly resembles that of Geobacillus kaustophilus DK-MTP-1P enolase (Gk-DK-MTP-1P enolase), with the exception of a few insertions or deletions and of a few residues at the active site. In the E form of Bs-DK-MTP-1P enolase, Lys150 (equivalent to Lys175 in RuBisCO) at the active site adopts a conformation that is distinct from those observed in the other forms of Gk-DK-MTP-1P enolase. This unusual conformational change appears to be induced by changes in the varphi and psi angles of Gly151, which is conserved in the sequences of the Bs-DK-MTP-1P and Gk-DK-MTP-1P enolases but not in those of RuBisCOs. The loop at 303-312, equivalent to the catalytic loop termed ;loop-6' in RuBisCO, is in a closed conformation in the E form of Bs-DK-MTP-1P enolase. The closed conformation appears to be stabilized by Pro312, which is conserved in the sequences of several RLPs (equivalent to Glu338 in RuBisCO). Based on these results, the characteristic structural features of DK-MTP-1P enolase are discussed.2009年09月, Acta crystallographica. Section D, Biological crystallography, 65(Pt 9) (Pt 9), 942 - 51, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2009年05月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 284(19) (19), 13256 - 13264, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2009年02月, ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION F-STRUCTURAL BIOLOGY COMMUNICATIONS, 65(Pt 2) (Pt 2), 147 - 150, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2008年05月, JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY, 59(7) (7), 1543 - 1554, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2008年04月, BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 72(4) (4), 959 - 967, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2008年, ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES, 64, C261 - C262, 英語[査読有り]
- 2008年01月, PROTEIN SCIENCE, 17(1) (1), 126 - 135, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2008年, PLANT BIOTECHNOLOGY, 25(3) (3), 285 - 290, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2007年08月, BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY, 71(8) (8), 2021 - 2028, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2007年, PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 48, S71 - S71, 英語Improvement of cyanobacterial RuBisCO by introducing the latch structure of red algal RuBisCO with high specificity for CO2 fixation.[査読有り]
- 2007年, PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 48, S214 - S214, 英語Characterization of Arabidopsis mutants for quantitative regulation of RuBisCO.[査読有り]
- 2006年08月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 281(34) (34), 24462 - 24471, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 高等植物の光合成CO2固定酵素RuBisCOは、核および葉緑体ゲノムにコードされる2種のサブユニットから構成され、翻訳後修飾や会合などの複雑な段階を経て合成される。この生合成過程において、分子シャペロンや修飾酵素といった多様な因子との相互作用が想定されるが、生合成を支える分子機構の詳細は不明である。本研究では、遺伝学的なアプローチからRuBisCO生合成に必須な因子群を同定することを目的に、RuBisCO生合成変異体の選抜法を確立した。植物にグルタミン合成酵素特異的阻害剤methionine sulfoximineを処理すると、野生株はRuBisCO活性依存的に光呼吸由来のNH3が葉に高蓄積し枯死に至るが、生合成の異常によりRuBisCO活性が低下した変異体はMSX耐性を示すと予想される。そこで11000粒のシロイヌナズナEMS種子からMSX耐性を指標に選抜を行い、8系統のRuBisCO低活性変異株を単離した。RuBisCO活性低下の原因を調べた結果、全ての株でRuBisCO量あるいは比活性の低下が認められた。これら変異体は、RuBisCO生合成に関わる様々な遺伝子の変異を有していると考えられ、生合成因子群を理解する上で大きく貢献できると期待される。現在、変異部位のマッピングを進めている。日本植物生理学会, 2006年, 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集, 2006, 119 - 119
- 2005年06月, RESEARCH IN MICROBIOLOGY, 156(5-6) (5-6), 611 - 618, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2005年06月, ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION F-STRUCTURAL BIOLOGY AND CRYSTALLIZATION COMMUNICATIONS, 61, 595 - 598, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2005年, ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES, 61, C207 - C208, 英語[査読有り]
- 2004年03月, BMC MICROBIOLOGY, 4, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2003年10月, SCIENCE, 302(5643) (5643), 286 - 290, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2002年02月, JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY, 316(3) (3), 679 - 691, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- (株)インフォノーツパブリッシング, 2019年12月, 機能性食品と薬理栄養, 13(3) (3), 180 - 180, 日本語低分子抗酸化物含有食による糖尿病モデルマウス血糖コントロールの改善研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)
- 2018年11月01日, Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan, 25(397) (397), 406‐411, 日本語二酸化炭素の環境問題と利用 光合成二酸化炭素固定酵素RuBisCO
- 2017年10月, 酵素工学ニュ-ス, (78) (78), 14‐18, 日本語メタン生成アーキアにおけるRuBisCOを利用した新規CO2固定経路
- 日本農芸化学会 ; 1962-, 2017年01月20日, 化学と生物, 55(2) (2), 88‐97 - 97, 日本語
- 日本化学会, 2016年11月01日, 化学と工業, 69(11) (11), 957‐959 - 959, 日本語CO2資源化:研究者たちの挑戦 4 CO2資源化を目指した光合成炭素固定酵素RuBisCOの機能進化研究
- (公社)日本生化学会, 2015年12月, 日本生化学会大会・日本分子生物学会年会合同大会講演要旨集, 88回・38回, [1P0546] - [1P0546], 英語ヒトチオレドキシン-1高発現レタス長期食餌負荷による糖尿病モデルマウス血糖コントロールの改善
- 2014年03月05日, 日本農芸化学会大会講演要旨集(Web), 2014, 2C04A08 (WEB ONLY), 日本語ジャガイモ塊茎を形成するストロンの原基である地中腋芽におけるRanGTPase1遺伝子の発現解析
- 日本生物工学会, 2013年06月25日, 生物工学会誌, 91(6) (6), 352 - 352, 日本語シアノバクテリアの光合成能力を利用したバイオ燃料生産
- 2013年06月, 生物工学会誌, 91(6) (6), 352, 日本語シアノバクテリアの光合成能力を利用したバイオ燃料生産[招待有り]記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)
- 植物における有用タンパク質生産は、生産コストと病原菌混入リスクの低減が期待される。特に、植物葉緑体は高い外来タンパク質合成能力を持つことから、近年、葉緑体遺伝子工学による有用タンパク質生産技術が注目されている。ヒトチオレドキシン1 (hTrx1) は、抗酸化、レドックス制御機能を持つストレス誘導性タンパク質で、酸化ストレスが関与する様々な疾患に対する医療用タンパク質として期待されている。我々は、タバコ葉緑体由来のpsbAプロモーター下流にhTrx1遺伝子を連結した発現カセットをレタス葉緑体ゲノムのrbcL-accD間にパーティクルボンバードメント法により導入した。得られた形質転換体の生育は正常で、種子の取得が可能であった。ホモプラズミックな形質転換体の成熟葉において、hTrx1蓄積量は可溶性タンパク質の約3%であった。また、形質転換レタス葉から精製したhTrx1はインスリンのジスルフィド結合還元活性を有し、機能的であった。さらに、レタス産生hTrx1は、大腸菌組換えhTrx1と同様に、マウス膵臓由来MIN6細胞の過酸化水素障害に対する保護効果を示した。本研究は、生理活性を有するhTrx1の植物での生産に成功したはじめての報告である。レタスが可食性の葉物野菜であることから、この形質転換レタスは医療用タンパク質hTrx1の経口投与を可能にすると期待される。日本植物生理学会, 2011年03月11日, 日本植物生理学会年会要旨集, 52nd, 129 - 75, 日本語
- Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry, 2010年11月01日, 化学と生物, 48(11) (11), 739 - 742, 日本語
- 2010年09月29日, バイオテクノロジーシンポジウム予稿集, 28th, 56 - 57, 日本語医・農・工融合によるヒトチオレドキシン1産生レタスの生産技術の開発
- 酵素工学研究会, 2008年04月25日, 酵素工学研究会講演会講演要旨集, 59, 11 - 18, 日本語光合成CO2固定酵素RuBisCOとRuBisCO-like Proteinの比較研究が明らかにしたこと--RuBisCOはどのようにCO2固定能を獲得したのか? (酵素工学研究会第59回講演会)
- 2007年12月, 光合成研究, 17, 84 - 86Rubisco satellite meeting Reaserch Frontiers with Rubisco, the “Elixir of Life” in the Biospherに参加して[招待有り]
- 2007年11月06日, バイオテクノロジーシンポジウム予稿集, 25th, 117 - 118, 日本語医・農・工融合によるヒトチオレドキシン1産生レタスの生産技術の開発
- 2007年02月, PHOTOSYNTHESIS RESEARCH, 91(2-3) (2-3), 232 - 232, 英語Improvement of cyanobacterial RuBisCO by introducing the latch structure involved in high affinity for CO2 in red algal RuBisCO.研究発表ペーパー・要旨(国際会議)
- 2007年02月, PHOTOSYNTHESIS RESEARCH, 91(2-3) (2-3), 231 - 232, 英語Evolutionary potential of RuBisCO-like protein in Bacillus subtilis: Interaction with transition-state analogue of RuBisCO.研究発表ペーパー・要旨(国際会議)
- 2007年02月, PHOTOSYNTHESIS RESEARCH, 91(2-3) (2-3), 264 - 264, 英語Isolation and characterization of genes necessary for achievement of RuBisCO accumulation in Arabidopsis thaliana.研究発表ペーパー・要旨(国際会議)
- 2006年12月01日, Journal of plant research, 119, 13 - 13, 英語The completion of the Calvin cycle via molecular evolution
- 2006年, 日本植物生理学会年会要旨集, 47thRuBisCO生合成機構の分子遺伝学的解析
- 2005年, PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 46, S75 - S75, 英語Structure-function relationship between photosynthetic RuBisCO and the RuBisCO-like protein of Bacillus subtilis研究発表ペーパー・要旨(国際会議)
- 日本農芸化学会, 2004年07月, 化学と生物, 42(7) (7), 424 - 426, 日本語光合成CO2固定酵素RuBisCOの起源が明らかに! 枯草菌のメチオニン代謝酵素RLPに秘められた進化の跡[査読有り][招待有り]
- 2003年, PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 44, S61 - S61, 英語The common reaction between photosynthetic Ribulosebisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) and Bacillus subtilis RuBisCO-like protein (RLP)研究発表ペーパー・要旨(国際会議)
■ 講演・口頭発表等
- 日本共生生物学会第7回大会, 日本語ラパザの核ゲノムコード「盗」葉緑体タンパク質口頭発表(一般)
- 環境変動の生態・生理学に関する研究会, 2016年, 日本語, 国内会議植物を用いた未来型医薬用タンパク質生産公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
- 日本化学会第96回春季年会特別企画 生命化学研究から見たCO2資源化:光合成研究と人工光合成の融合を目指して, 2016年, 日本語, 国内会議光合成CO2固定酵素RuBisCOの機能進化研究からのCO2資源化への展開[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 日本農芸化学会2016年度大会, 2016年, 日本語, 国内会議C4光合成の炭酸固定酵素と脱炭酸酵素のC3植物への導入による代謝系の改変:水ストレス耐性の向上とその基盤のメタボローム解析ポスター発表
- 環境変動の生態・生理学に関する研究会, 2015年03月, 日本語, 国内会議光合成炭素固定酵素の機能進化口頭発表(一般)
- 日本農芸化学会 農芸化学奨励賞受賞講演会, 2015年03月, 日本語, 国内会議光合成CO2固定酵素RuBisCOの機能進化研究[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 日本農芸化学会関西支部第492回講演会 2015年度日本農芸化学会奨励賞受賞講演, 2015年, 日本語, 国内会議光合成CO2固定酵素RuBisCOの機能進化研究[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 第38回 日本分子生物学会, 2015年, 日本語, 国内会議ヒトチオレドキシン-1高発現レタス長期食餌負荷による糖尿病モデルマウス血糖コントロールの改善ポスター発表
- 日本植物生理学会2014年度大会, 2014年03月, 日本語, 国内会議‘C4化’タバコにおける水利用効率および乾燥ストレス耐性の向上:δ13Cの測定およびメタボローム解析とアミノ酸分析による性格付け口頭発表(一般)
- 日本農芸化学会2014年度大会, 2014年03月, 日本語, 国内会議ジャガイモ塊茎を形成するストロンの原基である地中腋芽におけるRanGTPase1遺伝子の発現機構口頭発表(一般)
- 日本農芸化学会2014年度大会, 2014年03月, 日本語, 国内会議シアノバクテリアにおけるRuBisCO発現量によるカルボキシソーム形成制御機構口頭発表(一般)
- 日本農芸化学会2014年度大会, 2014年03月, 日本語, 国内会議アーキア型phosphoribulokinaseの機能解析口頭発表(一般)
- 日本化学会第94回春季年会, 2014年03月, 英語, 名古屋大学, 国内会議Applications of sequence-specific DNA binding adaptors for assembling proteins on DNA origami口頭発表(一般)
- JSTさきがけ第6回領域会議, 2014年02月, 日本語, 国内会議バイオ燃料高生産のための炭素固定能を強化したスーパーシアノバクテリアの創成その他
- 第27回インターゲノミクスセミナー, 2013年12月, 日本語, 国内会議光合成CO2固定酵素ルビスコの機能進化を探る公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
- JSTさきがけ研究報告会, 2013年11月, 日本語, 国内会議バイオ燃料高生産のための炭素固定能を強化したスーパーシアノバクテリアの創成公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
- 第4回藻類バイオ燃料生産技術研究会, 2013年09月, 日本語, 国内会議ラン藻を用いたエタノール高生産を目指したルビスコ機能強化研究公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
- 東京大学生産技術研究所 第1回応用化学セミナー, 2013年07月, 日本語, 国内会議光合成CO2固定酵素ルビスコの基礎研究とその成果を用いた応用研究公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
- 日本Archaea研究会第26回講演会, 2013年07月, 日本語, 国内会議アーキアが有する光合成カルビンサイクル酵素phosphoribulokinaseホモログの酵素学的解析口頭発表(一般)
- 30th of the Gordon conference of Archaea, 2013年07月, 英語, Italy, 国際会議Enzymatic analysis of archaeal homologues of phosphoribulokinase, a key enzyme in the photosynthetic Calvin cycle.ポスター発表
- 第4回日本光合成学会年会, 2013年06月, 日本語, 国内会議C4光合成の炭素固定酵素(PEPC)と脱炭酸酵素(PCK)を葉緑体内で過剰発現させたタバコ(C3植物)における光合成能、水利用効率(WUE)および浸透圧ストレス耐性口頭発表(一般)
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 福井工業大学, 2024年04月01日 - 2027年03月31日盗葉緑体現象におけるキメラ複合体形成の生化学的証明と機能検証
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽), 挑戦的研究(萌芽), 神戸大学, 2019年06月28日 - 2022年03月31日光合成CO2固定代謝の進化的分子基盤の解析光合成カルビンサイクルはリブロースビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ (RuBisCO)をCO2固定酵素として利用する、植物、藻類、シアノバクテリア、光合成細菌などの光合成生物利用している主要なCO2固定経路である。光合成生物において広くカルビンサイクルが利用されているが、その進化的基盤は明らかにされていない。そこで、本研究では、光合成カルビンサイクルの進化的原型代謝で機能するメタン生成アーキアRuBisCOの酵素特性を解析した。その結果、メタン生成アーキアのRuBisCOは、CO2固定速度、CO2/O2反応比特性係数が光合成RuBisCOと比較して非常に低いことが明らかになった。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 神戸大学, 2017年04月01日 - 2021年03月31日, 研究代表者好熱性シアノバクテリアThermosynechococcus elongatus BP1が光合成で利用するルビスコはSynechococcus elongatus PCC7942を含む常温性シアノバクテリアのルビスコよりも熱安定性が高く、さらにCO2識別能が1.5倍高いことを明らかにした。これは好熱性シアノバクテリア ルビスコのO2反応性が抑制されていることを意味する。このO2反応性を抑制するための好熱性シアノバクテリア ルビスコにおける構造とアミノ酸残基の同定を試みた。シアノバクテリアのルビスコは触媒部位を含むラージサブユニット8個と触媒反応には直接関わらないスモールサブユニット8個からなる16量体で機能している。T. elongatusルビスコのラージサブユニットとスモールサブユニットのどちらが低O2反応性に関わっているかを解析するために、T. elongatusルビスコとS. elongatusルビスコ間でルビスコのサブユニットをワップさせたキメラルビスコを大腸菌で発現させ、酵素特性を解析した。その結果、常温性シアノバクテリア ルビスコラージサブユニットに好熱性スモールサブユニットが会合することで、常温性シアノバクテリア野生型ルビスコよりも熱安定性が高くなるとともに、CO2識別能力も高くなった。また、逆に好熱性シアノバクテリア ルビスコラージサブユニットに常温性スモールサブユニットが会合することで、熱安定性が低くなるとともに、常温性シアノバクテリア野生型ルビスコよりもCO2識別能力が低くなった。これらの結果から、シアノバクテリア ルビスコにおいてスモールサブユニットが、熱安定性とCO2識別能力に関わることを明らかにし、O2反応性抑制に関与していることを明らかにした。これらの研究成果は、日本農芸化学会2018年度大会で発表を行った。競争的資金
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 神戸大学, 2014年04月01日 - 2017年03月31日, 研究代表者メタン生成アーキアのルビスコが光合成カルビン回路と一部のみが異なる新規CO2固定回路で機能していることを明らかにした。これらの結果から、ルビスコが機能する光合成カルビン回路の進化的原型を発見した。 高いCO2識別能を示す好熱性シアノバクテリアと常温性シアノバクテリアルビスコのラージとスモールサブユニットをスワップしたキメラルビスコの解析から、CO2識別能にスモールサブユニットが大きく関与していることが明らかになった。タバコにおけるルビスコアクチベース過剰発現が、光合成CO2固定速度を促進する傾向が見られた。競争的資金
- 戦略的創造研究推進事業 個人型研究さきがけ, 2013年, 研究代表者さきがけ「バイオ燃料高生産のための炭素固定能を強化したスーパーシアノバクテリアの創成」競争的資金
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 奈良先端科学技術大学院大学, 2009年 - 2011年ジャガイモの根器官発達促進による生産機能拡大の分子基盤根の発達促進遺伝子を単位面積当たりの生産性が作物中ほぼ最大値を持つジャガイモに導入したとき観察されるソース葉光合成と塊茎デンプン蓄積の昂進の機構を、この遺伝子の発現解析等を通して解明することを目的に研究を行った。この遺伝子はRanGTPaseファミリーに属するタンパク質である。ジャガイモ外植片を使った腋芽からのストロン誘導系を確立し、ストロンへの分化の過程での内生RanGTPaseの発現解析を行い、ストロン誘導機のごく初期に、ジャガイモに存在する2種のRanGTPaseの内の一方が特異的に発現してくることを見出した。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(A), 若手研究(A), 奈良先端科学技術大学院大学, 2009年 - 2011年光合成CO_2固定酵素ルビスコの高機能化による植物光合成促進好熱性シアノバクテリアのルビスコと枯草菌ルビスコ祖先タンパク質の解析から、CO_2親和性と触媒能向上に関わる残基を同定した。また、メタン産生アーキアのルビスコの解析から、CO_2固定のための原始カルビン回路の存在を明らかにした。さらに、タバコにおいて、紅藻ルビスコ高機能残基導入を介したルビスコ高機能化により、低ルビスコ量での通常光合成CO_2固定速度の維持に成功した。ルビスコ合成遺伝子同定により、これら遺伝子の高機能化ルビスコの量的増加への利用が可能となった。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(A), 若手研究(A), 奈良先端科学技術大学院大学, 2006年 - 2008年分子進化に基づいた光合成炭素固定酵素ルビスコの機能改良とその発現植物体の創成ルビスコ祖先タンパク質とルビスコの比較解析から、両酵素で共通な触媒残基を明らかにした。これを基に祖先タンパク質にルビスコ触媒必須残基を導入し、試験管内でルビスコへの分子進化に成功した。紅藻ルビスコが持つ高CO_2識別残基をラン藻ルビスコに導入し、CO_2識別能を20%高めることに成功した。さらに、この残基をタバコルビスコに導入したタバコ形質転換体を作出した。紅藻ルビスコ遺伝子導入タバコの解析から、高機能外来性ルビスコの葉緑体機能発現の問題点を明らかにし、その解決策を導き出した。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(A), 基盤研究(A), 奈良先端科学技術大学院大学, 2005年 - 2008年光合成炭素固定酵素ルビスコ機能発現の分子機構ルビスコの反応触媒の分子機構およびルビスコ生合成の制御機構の解明を行ってきた.ルビスコ反応触媒の分子機構の解明を目指し、すでに枯草菌に発見しているルビスコ活性を持たないルビスコ祖先蛋白質とルビスコの反応中心残基の触媒反応への関わり方を明らかにした.我々が発見したもっとも高いSrel値を持つ紅藻Galdieriaルビスコと植物ルビスコの蛋白質構造比較から、オキシゲナーゼ反応抑制残基と想定している残基をラン藻ルビスコへ導入し、その機能を明らかにした.ルビスコ生合成の制御機構に関しては、ルビスコを正常に合成できない変異株を多数スクリーニングし、分子遺伝学手法によってそれらの変異原因遺伝子を特定し、その機能解析からルビスコ生合成の制御機構を明らかにした.
- 補助金, 2005年分子進化に基づいたRuBisCOの改良光合成カルビンサイクルにおいてCO2固定反応を触媒しているのが、ribulose bisphosphate carbaxylase/oxygenase (RuBisCO)である。RuBisCOはCO2とだけでなくO2との反応(オキシゲナーゼ反応)を示し、オキシゲナーゼ反応はカルボキシラーゼ反応を拮抗的に阻害する。また、RuBisCOの反応速度は一般の酵素と比較し、非常に遅く、その速度は1秒間に2〜3回である。これらの理由から、植物光合成はRuBisCOによって律速されている。このような現状から、O2との反応性を抑制し、反応速度を高めたRuBisCOを創成し、植物内で機能させることによる光合成CO2固定の促進が期待されている。私の研究テーマは、理想型のRuBisCOへの機能改良である。競争的資金
- ライフサイエンス基礎科学研究, 2005年植物光合成改良・光合成CO2固定酵素改良光合成CO2固定酵素の改良を行い、植物光合成効率の向上を目指す競争的資金