高時間分解・絶対定量代謝解析による光合成代謝変動と酸化還元バランス維持機構の解明

通过高时间分辨率和绝对定量代谢分析阐明光合代谢波动和氧化还原平衡维持机制

基本信息

批准号：
22K15142
负责人：
田中謙也
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

项目摘要

シアノバクテリアSynechocystis sp 6803において、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、暗所では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おり、これが光照射後すぐにCO2固定代謝経路であるカルビンサイクルに流れ込むことが明らかとなった。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、従来困難だった光合成活性化中の動的な代謝フラックス変化を求めることで達成された。さらに暗所で働く代謝経路として知られていたグリコーゲン異化経路および酸化的ペントースリン酸経路の欠損株では、解糖系の代謝物蓄積量が野生株に比べて減少し、光合成の開始効率が低くなることが明らかとなった。これらのデータから、光合成によるCO2固定の迅速な活性化には、解糖系の代謝物が暗所で蓄積していることが重要であることが明らかとなった。研究で明らかになった光照射に伴って光合成がスムーズに始まる代謝基盤は、環境適応機構において代謝物濃度の適切な維持が重要であることを示唆している。今後、代謝物濃度やその維持機構に着目することで新たな環境適応機構が明らかになることが期待される。また、本研究成果が今後の研究にも大きな影響を与えることが予想される。例えば、本研究で用いられた高速サンプリング手法や代謝物濃度の絶対定量法および動的代謝フラックス解析手法は、他の微生物や植物の代謝解析にも応用が可能であり、新しい発見や知見の獲得につながることが期待される。また、明暗環境変化下でも安定した光合成による有用物質生産ができる菌株の作出指針となりえる。

蓝藻集胞藻 6803 从黑暗转移到光明后的代谢变化可在几秒钟内量化。结果，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，并且这就是光照射后立即流入卡尔文循环的CO2固定代谢途径。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确定光合作用激活期间的动态代谢通量变化而实现的，这在以前是困难的。此外，在缺乏糖原分解代谢途径和氧化戊糖磷酸途径（这些已知的在黑暗中运行的代谢途径）的菌株中，与野生菌株相比，积累的糖酵解代谢物的量减少，并且光合作用的起始效率较低。很清楚这些数据表明，黑暗中糖酵解代谢物的积累对于通过光合作用快速激活二氧化碳固定非常重要。研究揭示了响应光照射而顺利启动光合作用的代谢基础，这表明维持适当的代谢物浓度在环境适应机制中非常重要。未来，预计将通过关注代谢物浓度及其维持机制来揭示新的环境适应机制。预计这项研究的结果将对未来的研究产生重大影响。例如，本研究中使用的高速采样方法、代谢物浓度绝对定量方法、动态代谢流分析方法可以应用于其他微生物和植物的代谢分析，使得获得新的发现和知识成为可能。预计这将导致它还可以作为创建菌株的指南，即使在光照和黑暗环境的变化下，也可以通过稳定的光合作用产生有用的物质。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dark accumulation of downstream glycolytic intermediates initiates robust photosynthesis in cyanobacteria

DOI：
10.1093/plphys/kiac602
发表时间：
2022-12-27
期刊：
PLANT PHYSIOLOGY
影响因子：
7.4
作者：
Tanaka，Kenya;Shirai，Tomokazu;Hasunuma，Tomohisa
通讯作者：
Hasunuma，Tomohisa

シアノバクテリアにおけるスムーズな光合成開始を支える代謝状態

支持蓝藻光合作用顺利启动的代谢状态

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Enriquez G;Nagai Y;田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久;山崎世理愛;田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久
通讯作者：
田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久

絶対定量メタボロミクスによる光合成活性化時の高速代謝変化の解析

使用绝对定量代谢组学分析光合作用激活过程中的快速代谢变化

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shimakawa Ginga;Shoguchi Eiichi;Burlacot Adrien;Ifuku Kentaro;Che Yufen;Kumazawa Minoru;Tanaka Kenya;Nakanishi Shuji;長井志江;田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久;長井志江;田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久
通讯作者：
田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久

Metabolism for robust initiation of photosynthesis in cyanobacteria

蓝藻中光合作用的稳健启动的代谢

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kenya Tanaka;Tomokazu Shirai;Mami Matsuda;Akihiko Kondo;Tomohisa Hasunuma
通讯作者：
Tomohisa Hasunuma

シアノバクテリアにおいて下流解糖系中間体の維持が迅速な光合成開始を可能にする

下游糖酵解中间体的维持使得蓝藻能够快速启动光合作用

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shimakawa Ginga;Shoguchi Eiichi;Burlacot Adrien;Ifuku Kentaro;Che Yufen;Kumazawa Minoru;Tanaka Kenya;Nakanishi Shuji;長井志江;田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久
通讯作者：
田中　謙也・白井　智量・松田　真実・近藤　昭彦・蓮沼　誠久