褐虫藻-サンゴ共生系における代謝動態と白化現象との相関の体系的理解

系统理解虫黄藻-珊瑚共生系统代谢动力学与白化现象之间的相关性

基本信息

批准号：
21J00113
负责人：
田中謙也
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

サンゴ礁は、世界中の海洋生態系において最も多様で豊かな生物群集の一つであり、その栄養源となるのはサンゴの共生藻類（褐虫藻）が行う光合成プロセスである。しかし、近年の気候変動による海水温上昇や酸性化によって、サンゴ礁は大きな危機にさらされている。このような状況下で、サンゴの共生藻類が効率的な光合成を行うためには、CO2固定経路の調節機構が重要であることが考えられる。このCO2固定経路の調節機構の解明を目指し、まず単純な光合成モデル生物としてシアノバクテリアSynechocystis sp 6803における、暗所から明所に移した後の代謝変化を秒単位で定量した。その結果、暗所で解糖系の代謝物である3-ホスホグリセリン酸、2-ホスホグリセリン酸、およびホスホエノールピルビン酸が高蓄積していることが明らかとなった。これらの代謝物は光照射後すぐにCO2固定代謝経路であるカルビンサイクルに流れ込み、光合成活性化中の動的な代謝フラックス変化を支えることが示された。この成果は、高速サンプリング手法と代謝物濃度の絶対定量法という独自アプローチを組み合わせることで達成された。この研究は、環境適応において代謝物の適切な維持が重要であることを示唆しており、今後の研究においては、このような視点からサンゴや褐虫藻における代謝調節機構の解明が求められる。また、本研究の手法やアプローチは、褐虫藻およびサンゴの光合成活性化中の代謝フラックス変化を解明するために重要な手法となることが期待される。

珊瑚礁是全世界海洋生态系统中最多样化、最丰富的生物群落之一，其营养来源是珊瑚共生藻类（虫黄藻）进行的光合作用过程。然而，由于最近气候变化导致的海洋温度上升和酸化，珊瑚礁面临巨大危险。在这种情况下，二氧化碳固定途径的调节机制被认为对于珊瑚中共生藻类的高效光合作用非常重要。为了阐明这种二氧化碳固定途径的调节机制，我们首先量化了一种简单的光合作用模型生物——蓝藻集胞藻属 sp 6803，在几秒钟内从黑暗转移到光明后的代谢变化。结果表明，糖酵解代谢物3-磷酸甘油酸、2-磷酸甘油酸和磷酸烯醇丙酮酸在黑暗中高度积累。这些代谢物在光照射后立即流入卡尔文循环（一种二氧化碳固定代谢途径），支持光合作用激活过程中的动态代谢通量变化。这一结果是通过结合高速采样和代谢物浓度绝对定量的独特方法来实现的。这项研究表明，代谢物的适当维持对于环境适应很重要，未来的研究需要从这个角度阐明珊瑚和虫黄藻的代谢调节机制。此外，本研究的方法和途径有望成为阐明虫黄藻和珊瑚光合作用激活过程中代谢通量变化的重要方法。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

フェノール抽出によるシアノバクテリア細胞内のNADPレドックス状態の定量

通过苯酚提取定量蓝藻细胞中 NADP 氧化还原状态

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
田中謙也;嶋川銀河;田畑裕;草間翔子;蓮沼誠久;中西周次
通讯作者：
中西周次

太陽エネルギー化学研究センター

太阳能化学研究中心

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

NADPH production in dark stages is critical for cyanobacterial photocurrent generation: a study using mutants deficient in oxidative pentose phosphate pathway

黑暗阶段 NADPH 的产生对于蓝藻光电流的产生至关重要：一项使用氧化戊糖磷酸途径缺陷的突变体的研究

DOI：
10.1007/s11120-022-00903-0
发表时间：
2022
期刊：
Photosynthesis Research
影响因子：
3.7
作者：
Hatano Jiro;Kusama Shoko;Tanaka Kenya;Kohara Ayaka;Miyake Chikahiro;Nakanishi Shuji;Shimakawa Ginga
通讯作者：
Shimakawa Ginga

Dark accumulation of downstream glycolytic intermediates initiates robust photosynthesis in cyanobacteria