Understanding of biochemistry of chlorophyll c to shed light on evolution of marine primary production over the Phanerozoic Eon

了解叶绿素 c 的生物化学有助于揭示显生宙海洋初级生产力的演化

基本信息

批准号：
18H03743
负责人：
柏山祐一郎
金额：
$ 28.2万
依托单位：
Fukui University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，①クロロフィルｃの生合成関連遺伝子・タンパク質の探索，②クロロフィル類の分解代謝経路に関わる遺伝子・タンパク質の探索，③クロロフィルｃを有する藻類およびその起源に関わる系統の真核生物の地質情報の研究の３つのアプローチを同時進行させてきた。②に関して，最古の真核藻類の出現時期の再検証の必要のため，カナダおよびアメリカの研究者とカナダの北極圏サマセット島への２年度にわたる共同調査の実施が計画されていたがＣｏｖｉｄ－１９パンデミックの影響により中止を余儀なくされ，今後についても確実な実施の目処が立たないのが現実である。この状況を受けて，研究の方向性を転換して，少なくとも今年度と来年度について，①と③の項目に集中することとした。すなわち，まず①に関しては，同様に未同定である二次植物のクロロフィルａ合成遺伝子の一部についても視野に入れて，網羅的に機能遺伝子の探索を進めた。ここでは，クロロフィルｃ合成系が二次植物にのみ見出される事実を重要視し，葉緑体獲得進化に伴う遺伝子重複により生じたクロロフィル合成関連遺伝子のパラログ候補を，全遺伝子情報が既に明らかとなっている有色および無職の珪藻類とクリプト藻類のデータベースから探索した。そして，有機合成した基質クロロフィル中間代謝産物を用いて in vitroでの酵素実験を実施し，いくつかの遺伝子について機能を特定した。これらについては，光合成バクテリアのクロロフィル合成関連遺伝子を欠損させた変異体群を作成したin vivo実験も展開している。③に関しては，分解代謝の研究のためのモデル生物として，これまでのPeranema trichophorumに加えて，珪藻捕食性の鞭毛虫Amastigomonada sp.についても，クロロフィル消化の有無でのトランスクリプトーム変化の解析を進めており，今度候補となる代謝遺伝子を探索していく。

在本研究中，我们将（1）寻找与叶绿素c生物合成相关的基因和蛋白质，（2）寻找参与叶绿素分解代谢途径的基因和蛋白质，以及（3）含有叶绿素c的藻类的地质学以及与其起源相关的真核生物，三种信息研究方法同时取得进展。关于②，原计划与加拿大和美国的研究人员在加拿大北极的萨默塞特岛进行为期两年的联合调查，以重新审视最早的真核藻类出现的时间，但由于新冠疫情-19大流行。实际情况是，由于-19大流行的影响，该活动被迫取消，并且不确定未来是否会举行。针对这种情况，我们决定改变研究方向，重点关注①和③项，至少今年和明年是这样。也就是说，对于①，我们对功能基因进行了全面的搜索，其中包括一些次生植物中同样未鉴定的叶绿素-a合成基因。在这里，我们强调叶绿素 c 合成系统仅存在于次生植物中，我们将重点关注与叶绿素合成相关的基因的候选旁系同源物，这些基因是通过伴随叶绿体获得进化的基因复制而出现的，其中所有遗传信息已经检索了有色和未使用的硅藻和隐植物的数据库。然后，利用有机合成底物叶绿素中间代谢产物进行体外酶促实验，鉴定了多个基因的功能。关于这些，我们还进行了体内实验，其中我们创建了光合细菌的突变体，其中与叶绿素合成相关的基因被删除。关于③，除了已被用作分解代谢研究的模型生物的Peranema trichophorum之外，我们还分析了以硅藻为食的鞭毛虫Amastigomonada sp.在叶绿素消化存在和不存在的情况下转录组的变化。现在寻找候选代谢基因。