光合成研究 30 (2) 2020

光合成研究第 30 巻 第 2 号（通巻 88 号）2020 年 8 月
Vol. 30 NO. 2 August 2020
JOURNAL OF THE JAPANESE SOCIETY OF PHOTOSYNTHESIS RESEARCH

ご案内 日本光合成学オンラインミニシンポジウム開催のお知らせ

72

トピックス 光合成の防御反応における細胞内シグナル伝達

73

得津 隆太郎（基生研）

84

解説特集 「光合成生物に関連する分子の開発」
序文
解説 光合成生物の細胞内を可視化するツールの開発秘話

成川 礼 他（静岡大）85

久堀 徹 他（東京工業大）87

解説 シアノバクテリオクロムの進化的系譜から着想を得た多彩な光変換分子の合理的設計
解説 非天然カロテノイド生合成経路の進化分子工学

伏見 圭司 他（静岡大）96

梅野 太輔（千葉大）

110

表紙の紹介 東北大学大学院農学研究科附属川渡フィールドセンターの「遺伝子組換え植物隔離ほ場」
牧野 周 他（東北大）

125

特別企画 第１０回「Krieger-Liszkay 研究室＠CEA-Saclay (フランス)」
嶋川 銀河（大阪大）

126

集会案内 光合成学会若手の会オンラインセミナー開催のお知らせ 清水 隆之（東京大）130事務局からのお知らせ

131

日本光合成学会会員入会申込書

132

日本光合成学会会則133「光合成研究」投稿規定

135

幹事会名簿

136

編集後記・記事募集

137「光合成研究」編集委員・日本光合成学会 2020 年度役員

138

賛助法人会員広告光合成研究 30 (2) 2020日本光合成学会オンラインミニシンポジウム開催のお知らせ

5 月 30-31 日に静岡大学で行なわれる予定でしたシンポジウム 2 つのうちの 1 つ「諸刃の剣：
光合成との付き合い方」を、9 月 18 日（金）15 時からオンラインで開催することにしました。
Zoom を用いた開催を検討しております。参加申し込みは以下のリンク先からお願いします。
https://sites.google.com/view/photosynthesis-mini-symposium/

仮プログラム14:45オンラインサイトオープン
オンラインミニシンポジウム

15:00-15:45の QR コード

神保晴彦（東大・総合文化）「光化学系 II 修復におけるタンパク質と脂質の代謝回転」

15:50-16:35
神川龍馬（京大・農）「微細藻類における光合成能の喪失と葉緑体縮退進化（仮）」16:40-17:25
清水隆之（東大・総合文化）「葉緑体形成の制御に関わる葉緑体から核へのシグナル伝達」

17:30オンライン懇親会

令和 2 年 8 月 31 日
オンラインミニシンポジウムオーガナイザー 成川 礼、粟井 光一郎、本橋 令子

72光合成研究 30 (2) 2020

トピックス
光合成の防御反応における細胞内シグナル伝達

基礎生物学研究所
得津 隆太郎*
四季が明瞭な日本において季節ごとに見られる色とりどりの花の形成は、我々が身近に感じる自然現象の一つである。被子植物たちは、花の形成とそこでの受粉を通して次世代へと遺伝子のバトンを渡している。種としての生存戦略の観点からも着目されることの多い被子植物の花成だが、光合成学会の会員の皆様には今ひとつ馴染の薄いものかと思う。かくいう筆者も、これまで一貫して藻類の光防御メカニズムの研究に従事してきており、まさか自分の研究が植物の花成とつながるとは全く予想していなかった。そこで本稿では、筆者が進めてきた緑藻の光防御の研究を振り返りつつ、この研究がどのようにして植物の花成や光合成生物の進化につながったのかを紹介したい。
1. はじめにまうと細胞死、つまり個体の死に直結するためで陸上植物や藻類は、地球上のあらゆる環境におある。しかし、自然界に目を向けると、真夏の直いて独自の進化を遂げつつ、その場所に適した光

射日光のもとでも草木や湖沼の藻類は死滅する合成を行っている。最適な光合成を実現するためには光を集める能力と、光を捨てる能力の最適化が必要になってくる。前者はフィコビリソームやLight Harvesting Complex（通称 LHC）と言われる
集光アンテナタンパク質の量を調節することによって、後者は強すぎる光から身を守る「光防御」と呼ばれる環境適応反応によって実現される 1-3)。
自然界における日中の光強度は、多くの場合光合成に利用できる量を大幅に上回っていることが知られている 4)。我々が日常的に目にする陸上植物では、強すぎる光を受け取った葉の内部では光阻害と呼ばれる傷害が起き 5)、その程度が大きすぎるとやがて葉は白化し、枯れてしまう。一度図1. 超強光による植物個体へのダメージ
同じ温度・湿度環境を維持し、通常光（左: 50 μmol
photons m-2 s-1 ）あるいは超強光（右: 5000 μmol
photons m-2 s-1）を10時間照射した後のシロイヌナ
ズナ野生株の写真。自然界ではあり得ない程度の超強光を照射すると、野生株であろうと色素が抜けて枯死することがわかる。シロイヌナズナ野生株は基礎生物学研究所・植物環境応答研究部門の川本望博士による提供。

枯れた葉は元どおりに回復することはなく、大きな光阻害を引き起こすような強光が長期に及ぶ、あるいは新たな葉の産生速度が間に合わなければ植物は枯死する（図 1）。また、肉眼では見えないような単細胞藻類にとっては、強すぎる光はより深刻な問題である。なぜならば、微細藻類は細胞内に有する光合成器官（葉緑体）が壊れてし*連絡先 E-mail: tokutsu@nibb.ac.jp73

光合成研究 30 (2) 2020
ことなく旺盛に繁茂していることがわかる。これには、京都大学の福澤教授らのグループにより、は、強光の下でなるべく光阻害を起こさないよう

LI818 には 2 つのパラログが存在し、低炭素で転に過剰量の光エネルギーを安全に消去する光防写誘導される核遺伝子としても認知・報告された御反応（qE クエンチング）を駆使して強光環境

10, 11)に適応しているためである。

より、LI818 はストレス誘導性の集光アンテナ。その後、2000 年代後半になり Hippler らに筆者が所属する基礎生物学研究所・環境光生物（Light-Harvesting Complex Stress Related; LHCSR）

学研究部門では、光防御反応の全体像を解き明かとして認識され 12)、このうちの一つ LHCSR3 はすべく単細胞の緑藻であるクラミドモナスを材

強光条件下で発現し、qE クエンチングに必須の料として研究を進めている。2016 年の光合成研

タンパク質であることが報告された 6)。また、究誌に紹介したように、緑藻の qE クエンチング

LHCSR3 と同様にパラログの LHCSR1 も qE クエ反応には LHCSR と呼ばれるタンパク質が必須でンチングに必須であることが報告されている 7,13)。

あることがわかっている 6, 7)。そのため本稿では、
qE クエンチングそのもののメカニズムは割愛し

3. 光の認識～光合成と光受容体～($)、そもそも緑藻が一体どのように光防御因子で上述した一連の先行研究から、LHCSR は「供ある LHCSR の発現をコントロールしているのか給される光エネルギー ＞ 光合成反応の許容量」に焦点を当てて、光防御反応における細胞内シグになった時に発現すると予想できる。つまり、クナル伝達の全体像について紹介したい。

ロロフィルによって吸収される青色や赤色の光

なお本稿は異なる分野の研究者あるいは一般

エネルギーがキッカケとなり LHCSR 発現がコンの読者に興味を持っていただくことを第一目的

トロールされている、と仮説立てることができる。

とし、なるべく平易に、かつ簡潔に紹介することこの仮説を確かめるため、我々は基礎生物学研究を心がけているので、学術的背景や専門的な説明

所の地下に設置されている大型スペクトログラが不足する点については容赦いただきたい。

フ（通称 OLS：Okazaki-Large-Spectrograph）を用
い、紫外～赤色領域における LHCSR 発現の光波2. 緑藻の光防御因子 LHCSR タンパク質

長・強度依存性を調べた（図 2）。その結果、過剰な光を安全に消去する qE クエンチング反LHCSR3 は青色光、LHCSR1 は紫外光特異的な発応には、
LHCSR タンパク質（LHCSR1 と LHCSR3）

現を示すことがわかった。もちろん、クロロフィが欠かせない。しかし、LHCSR タンパク質がどルの吸収波長である赤色光領域においてものように発現制御されるのかに関しては未解明

LHCSR3 の発現は見られたものの、その発現量はな部分が多く残されていた。我々はこの謎、つま青色領域と比較しても 50%以下であった。この結り「緑藻がどのように過剰な光エネルギーを認識

果は、紫外～青色領域においてクロロフィルによしているのか？」という点を明らかにすべく研究

る光の吸収以外の作用が起きていることを示唆を進めてきた。

している。そこで、我々は植物や緑藻で保存され

LHCSR は、1992 年に Gagne と Guertin によっている青色光受容体の一つである Phototropin をて光依存的に発現誘導される核遺伝子（Light

欠損した変異株を用いて、その LHCSR 発現への8)

Inducible; LI）の一つ、
LI818 として報告された 。

影響を調べた。その結果、LHCSR3 の発現量は著また、Guertin らは LI818 の遺伝子配列がほかのしく低下しており、青色光受容に伴う Phototropin

集光アンテナ遺伝子と類似しているものの、タンの活性化が LHCSR3 発現へ関与することが明ら

パク質レベルでは集光アンテナの発現パターン

かになった。一方で、DCMU を用いて光合成電子と異なることを見いだした 9)。2004 年と 2008 年$

緑藻は LHCSR タンパク質を駆使して過剰な光エネ
ルギーを安全に消去しているが、その大まかな分子メカニズムは「光合成研究 第 75 号（2016 年 4 月）

/第 26 巻 第 1 号：光合成における強光順化メカニズ
ム研究の新展開、図 1」に紹介している。本稿と併せてご一読いただければと思う。

74

光合成研究 30 (2) 2020

図2. 大型スペクトログラフを用いた単色光照射にともなうLHCSRタンパク質の発現パターン分析
紫外、青色、緑色、赤色領域において4段階の光強度（10、25、50、100 μmol photons m-2 s-1）において4時間光処理をした後の緑藻細胞からタンパク質を抽出し、ウェスタンブロット分析によりLHCSRタンパク質発現の波長および光強度依存性を調べた。LHCSR1は紫外光で、LHCSR3（-Pはリン酸化産物）は青色光で顕著に発現することがわかる。先行研究から、これらの表現型にはそれぞれ紫外光受容体UVR87) 、青色光受容体
Phototropin14)が関与していることが明らかとなっている。左の写真は、基礎生物学研究所地下の大型スペクト
ログラフ内部にて筆者（奥）とフランス国立科学研究センターのFinazzi博士（手前）がサンプリングをしている様子。

伝達を阻害すると、野生株においても LHCSR3 のと思うが、案外同じようなアイディアに基づく研発現がほぼ完全に抑制されることから、究が世界中で同時進行しているということを身Phototropin だけではなく、光合成電子伝達反応のをもって実感し、研究の進め方（実験計画）・ス

寄与は必要不可欠であることも分った。これらのピード（特に論文化）の重要性について考えさせ結果から、LHCSR3 の発現は葉緑体における光合られた一件であった。話は脱線したが、これらの成反応がスイッチとなり、青色光による一連の研究の中で我々は、LHCSR1 の発現変異体

Phototropin 活性化がシグナルを増幅することで群の中で「LHCSR3 の発現も不得手」かつ「強光制御されていると考えることができる

14)。

下で死滅する」といった特徴をもつ光防御の変異

上記の研究の一方で、筆者は紫外光依存的な体の取得に成功した 15)。これらの DSR 光防御変

LHCSR1 発現に着目し、2015 年初冬頃より紫外異体についてより詳しく調べると、代表的な光防光下における LHCSR1 発現異常を示す大規模変御遺伝子・タンパク質（LHCSR と PsbS）が十分

異体スクリーニングを開始した。その結果、DSRに発現しておらず、その結果として光防御が正し（Deficient in LHCSR expression）と名付けた変異く駆動していないことがわかった（図 3）。この15)。得られた DSRことから、DSR1 以外の DSR 変異体では光の受容変異体の中でも唯一紫外光特異的に LHCSR1 発から光防御因子の発現までのシグナル経路に異現異常を示す DSR1 株の変異原因遺伝子の特定を常を生じたことで、強光下で生存できなくなった

進めたところ、2016 年晩秋には陸上植物型におと予想された。つまり、光の入口は紫外光（UVR8）

ける紫外光センサーである UVR8 のホモログがと青色光（Phototropin）に分かれているものの、破壊されていることを突き止めた。この発見を公LHCSR1 と LHCSR3 の発現に関わるシグナル伝

表すべく準備を進めていた所、残念ながら 2016

達経路の出口（転写因子）は共通していると予想

年初冬、スイス・ジュネーブ大学の紫外光受容体できる。

体シリーズの単離に成功した

UVR8 の専門家 Ulm 博士と同大学のクラミドモ
ナス遺伝学の専門家 Goldschmidt-Clermont 博士ら

4. 光防御因子の発現に至る細胞内シグナル伝達からなる研究タッグにより「紫外光受容体 UVR8

これまでの研究から、LHCSR 遺伝子の発現にが光防御を制御する」という内容の研究成果が発は特定の受容体による光受容が必要であること 7,

表されてしまった 7)。このように、一馬身（いや、14, 16)

クビ差ほど？）のところで先を越されてしまうとに寄与することが明らかになった 13, 17)。そこで筆いう個人的には悔しい研究裏事情がある。熟練の多くの研究者の方々は既に経験済み＆ご存知か75、発現した LHCSR は藻類の光防御に直接的光合成研究 30 (2) 2020

図3. DSR変異体シリーズの光防御表現型解析
紫外光を含む強光（300 μmol photons m-2 s-1）で光処理した緑藻における光防御因子の遺伝子発現（LHCSR1,LHCSR3, PSBS1の半定量的PCR分析）、タンパク質発現（LHCSR1, LHCSR3のウェスタンブロット分析）、そして細胞のクロロフィル退色の様子を評価した。DSR1（uvr8）以外のDSR変異株は、強光処理後に光防御因子が十分に発現しておらず、クロロフィル色素が退色して細胞死を起こしていることがわかる。M: NEB 100 bp
マーカー。Tokutsu et al. (2019) Sci. Rep.15)より改変。

者は次に、光の受容から光防御を担う遺伝子の発が核周辺に集積するタイミングで FLAG タグを現までの間にどのように情報が伝達されるのか、利用した共免疫沈降を行うと、UVR8 はタンパク

その細胞内シグナル経路の全容解明を目標とし

質のユビキチン化（とそれに伴う標的タンパク質て、得られた DSR 変異体群の利用を考えた。

の能動的分解）を制御する E3 ユビキチンリガー
ある

CONSTITUTIVE

4.1. 紫外光受容体 UVR8 はどうやって細胞内シPHOTOMORPHOGENIC

1(COP1) お よ び

グナル伝達を開始させるのか？

SUPPRESSOR OF PHYA-105 1 (SPA1)と直接的に

ゼ

因

子

で

まず初めに、比較的単純な光受容経路を担う

相互作用していることが明らかになった（図 4

UVR8 に着目し、紫外光照射下における UVR8下）。COP1 と SPA1 は陸上植物における光形態（YFP–FLAG タグ融合）タンパク質の振る舞い形成に関わる転写因子群の分解制御に深く関与を可視化した。面白いことに、UVR8 は暗所ではすると考えられている 18)。その一方で、緑藻にお細胞質全体に広く拡散分布しており（図 4 上、0

けるその機能は未知であり、本研究により初めてmin）、紫外光照射に伴い核周辺に移動・集積す

光防御シグナル伝達系への関与が認められた。以ることがわかった（図 4 上、30 min）。次に、UVR8

上の結果から、緑藻は紫外光の受容により、76

光合成研究 30 (2) 2020
COP1/SPA1 は青色光受容 Cryptochrome や赤色光受容体 Phytochrome を起点としたシグナル伝達においても特定の転写因子の分解制御に関与していることがわかっている。その標的は、花芽の形成（花成）タイミングの制御に直接的に関与す
る CONSTANS（CO）と呼ばれる転写因子である。
陸上植物では、日長の情報を利用した
COP1/SPA1 による CO 転写因子のタンパク質量
調節と 20-24) 、CO の標的である FLOWERING
LOCUS T (FT) の転写を介した花成制御が行われている 25, 26)。
言うまでもないことだが、水域の微細藻類である緑藻は花を咲かせることはない。そのため緑藻における CO（以後、緑藻の CO は CrCO と表記する）は、ごく一部の研究者らによってその存在は確認されていたものの、生物学的な役割に関する研究はわずか 1 例しか報告されていな
かった 27)。ところが、先のスクリーニングで得
図4. 紫外光によるUVR8の細胞内局在変化
上段：紫外光で処理した緑藻におけるUVR8–YFPタン
パク質のライブセルイメージング。上から明視野（BF）、クロロフィル蛍光（Chl）、UVR8–YFP蛍光（YFP）、クロロフィル蛍光とYFP蛍光の重ね合わせ（Merged）画像を示す。スケールバー: 5 μm。UVR8は紫外光処理に伴い核周辺へと移行することがわかる。
下段： UVR8-YFP-FLAGタンパク質共免疫沈降物のSDS-PAGE。CBB染色ゲルの質量分析により、紫外光処
理後の共免疫沈降物からは、E3ユビキチンリガーゼ因子であるCOP1およびSP1が検出され、UVR8が紫外光依存的にこれらのタンパク質と相互作用することがわかった。Tokutsu et al. (2019) Nat. Commun.29)より改変。

られた DSR 光防御変異体のうち、最も表現型が強く現れていた 4 つの変異体について RESDAPCR28)、四分子分析と全ゲノムシーケンスを組み合わせてゲノム上の変異カ所の特定を進めたところ、驚くことに、
2 つの変異体（DSR10 と DSR15）
では CrCO 遺伝子が破壊されていることがわ
かった 29)。この結果を踏まえ、クロマチン免疫沈降(ChIP)-PCR 解析手法を用いて CrCO の転写
標的に光防御因子 LHCSR が含まれるかを評価したところ、CrCO が LHCSR の直接的な転写因子であることを突き止めた（図 5）。つまり、CO は

UVR8 を介して COP1/SPA1 型 E3 ユビキチンリ

陸上植物では花成を、緑藻では光防御を制御しガーゼを不活化する可能性が浮かび上がってきていることがわかったのである。
シロイヌナズナを用いた花成の研究から、COた。

タンパク質は主に光によってタンパク質制御を受けることが報告されており、FT 遺伝子の発現4.2. COP1/SPA1 型 E3 ユビキチンリガーゼは何に寄与することが知られている 23, 25)。そのため、を制御しているのだろう？

前述したように、COP1/SPA1 は陸上植物では植物では CO が季節による日長変化などの環境

いくつかの転写因子を標的とすることが知られ情報を利用して花芽形成のタイミングを同期さている 18) 。特に ELONGATED HYPOCOTYL 5せることで、種ごとに同時期の花成と開花を実現していると考えられている 23, 30, 31)。この花成の仕(HY5) といった光形態形成に深く関わる転写因

組みは、COP1/SPA1 型 E3 ユビキチンリガーゼを子のユビキチン修飾を担っており、UVR8 と協調介した CO タンパク質分解制御メカニズムに依して HY5 転写因子の安定化に寄与するといった存することから、我々は次に、CRISPR-Cas シス

興 味 深 い 報 告 も さ れ て い る 19) 。 他 方 で 、77

光合成研究 30 (2) 2020
テムを利用した COP1 および SPA1 欠損緑藻の作成・機能評価を進めた。その結果、これらの E3
ユビキチンリガーゼ因子の欠損は CrCO タンパ
ク質の安定化につながり、弱光下においても顕著に LHCSR を発現し、光防御反応が恒常的に活性化されることがわかった（図 5 下）。また、我々の研究結果を裏付けるように、カリフォルニア大学バークレー校の Niyogi 博士らの研究チームもCOP1/SPA1 型 E3 ユビキチンリガーゼの本体
CULLIN 4 (CUL4) 欠損緑藻が恒常的な光防御反応を示すことを突き止めており、ほぼ同時に独立した研究成果として論文掲載された 32)。
これらの結果は、緑藻においても COP1/SPA1 型 E3 ユビ
キチンリガーゼが光依存的に転写因子である
CrCO タンパク質の安定性を制御し、下流の
LHCSR 遺伝子の発現をコントロールしていることを示している。

図5. CONSTANS（CrCO）のChIP-PCR解析と光処理に伴うタンパク質蓄積の挙動
上段: 強光処理の有無によるCrCO-ChIP由来の半定量的PCR評価。
CrCOが強光依存的に光防御因子LHCSR1、
LHCSR3、PSBS1の5′-UTR領域付近に結合することがわかる。下段: コントロール株(crco/CrCO)とSPA1欠損株（spa1シリーズ）におけるCrCO–FLAGタンパク質および光防御因子タンパク質の蓄積評価。ウェスタンブ
ロット分析の結果から、CrCO–FLAGタンパク質はE3
ユビキチンリガーゼ因子SPA1の欠損により蓄積し、強光処理無しでも光防御因子タンパク質が蓄積することがわかる。M: NEB 100 bpマーカー。Tokutsu et al. (2019)
Nat. Commun.29)より改変。

4.3. 緑藻の光防御と陸上植物の花成におけるシ
グナル伝達系の比較

ここまでに明らかとなった COP1/SPA1 型 E3
ユビキチンリガーゼによる CrCO タンパク質制
御と、紫外光依存的な UVR8 と COP1/SPA1 の相互作用を考慮すると、次のような光防御シグナル伝達の流れが浮かび上がってくる。
Ø

暗所・弱光下では COP1/SPA1 型 E3 ユビキチン
リガーゼによる CrCO タンパク質のユビキチン

Ø

修飾とプロテアソームによる能動的な分解（ブが持つ転写因子 Nuclear Transcription Factor (NF-

レーキ）反応が維持されている。

Y) の一種であり 33)、NF-Y には NF-YA、NF-YB、

紫 外 光 を 含 む 光 の 下 で は UVR8 に よ る

NF-YC の 3 つが存在することが知られている 34)。

COP1/SPA1 型 E3 ユビキチンリガーゼの失活

面白いことに、陸上植物では 3 つの NF-Y 全てに（ブレーキの解除）が起き、その結果としてついて 10 遺伝子以上のパラログが存在し 35)、そCrCO タンパク質の安定化、光防御因子 LHCSRの組み合わせによってさまざまな遺伝子の発現の発現が誘導される。

を巧みに切り分けて制御することがわかっていこのような緑藻の光防御におけるシグナル伝る 36)。実は、この NF-Y による遺伝子発現制御の達の流れは、受け取る光の種類が異なるものの、標的の中に FT が含まれており、上述した多数の

陸上植物の花成制御におけるシグナル伝達と極

パラログ中の一部の NF-Y は CO と協調して直接めて似ていることを示唆している。この可能性を的に花成タイミングを制御することが報告され支持するように、先のスクリーニングで得られたてきた 37-42)。我々の研究からは、NF-YB の他に4 つの DSR 光防御変異体のうち、残り 2 つの変

NF-YC も緑藻の光防御に関与することが明らか異体では NF-YB と呼ばれる遺伝子が破壊されてになっており 29)、
遺伝子発現においても緑藻の光いることが判明した。NF-YB は、全ての真核生物

78

光合成研究 30 (2) 2020
防御因子 LHCSR 制御系と陸上植物の花成因子制する。E3 ユビキチンリガーゼ活性の抑制はFT 制御系は酷似していると言える。

CONSTANS タ ン パ ク 質 の 安 定 化 、 そ し て
CONSTANS/NF-Y 転写因子複合体の形成へとつ

5. 浮き彫りになった進化の謎

ながる。この CONSTANS/NF-Y 転写因子複合体

本稿で紹介した研究から、これまで謎に包まれは、陸上植物では花成のための FT 遺伝子の発現、ていた緑藻における光の受容から光防御を担う

緑藻では強光適応のための光防御遺伝子（LHCSR

遺伝子の発現までのシグナル伝達の全容が明らや PSBS）の発現を制御する。このように我々は、かになってきた（図 6）。図のように、陸上植物

陸上植物の花成をコントロールする仕組みが、全は可視光である青色の光を受け取り、E3 ユビキ

く異なる生物反応である水生緑藻の光防御をコ

チンリガーゼの活性を抑制する一方、緑藻は紫外ントロールする機能を持つことを発見した。

線を受け取り、E3 ユビキチンリガーゼ活性を抑図6. 緑藻の光防御と陸上植物の花芽形成におけるシグナル伝達の比較
光の受容からE3ユビキチンリガーゼとCONSTANS/NF-Y転写因子複合体を利用した遺伝子発現制御と最終的な生理的表現型を描いた。光の受容部と最終的な生理的表現型をのぞき、大部分が「共通の仕組み」で制御されていることがわかる。Tokutsu et al. (2019) Nat. Commun.29)より改変。

79

光合成研究 30 (2) 2020
今回の研究で用いた緑藻クラミドモナスは緑藻植物門に属しており、現存する陸上植物が属す
るストレプト植物門とは異なる系統の生物種である（図 7）。興味深いことに、緑藻クラミドモ
ナスからは NF-YB および NF-YC のホモログが一つずつ見つかっており、NF-YA に関しては同定されていない 43)。このことから、それぞれ 10遺伝子以上のパラログを持つ陸上植物の NF-Y35)と比べて、緑藻クラミドモナスはより原始的な
NF-Y を利用した遺伝子発現制御系を維持している可能性を考えることがでる。これに加えて、い図7. 陸上植物と緑藻類の進化系統図
陸上植物系統のストレプト植物門と緑藻植物門の分岐
は、おおよそ12億年前と考えられていることから、図6で示したE3ユビキチンリガーゼとCONSTANS/NF-Y
転写因子を内包する「共通の遺伝子発現制御機構」は太古の共通祖先藻類で獲得されたものと予想できる。

ずれの生物種も、共通の祖先（藻類）を持つと考えられていることから 44)、図 6 で示した「共通の仕組み」、つまり陸上植物の花成制御の仕組みは、
遥か昔に水域の藻類によって確立されたものなのかもしれない。

Finazzi 博士らを中心とした国際共同研究として
5. おわりに行われました。以上の共同研究者の方々にも深く

今日の光合成生物は、花をつける植物や緑藻だ

御礼申し上げます。遺伝子マッピング、大型スペ

けではなく、コケやシダを含む多様な種によってクロトグラフおよび次世代シーケンス解析を遂構成されており、地球における生物多様性を支え行するにあたり法政大学の廣野雅文博士、基礎生ていることがわかる。本研究で着目した「共通の物学研究所の光学解析室および生物情報機能分仕組み」が多様な植物・藻類において、一体どの析室のスタッフの方々には多大なるご協力をいように生物種を越えた普遍性を獲得したのか、そただきました。この場をお借りして厚く御礼申し

して地球における生物多様性・進化をどのように上げます。また、末筆ではございますが、本稿を運命づけたのか、まだまだ生物学的観点からの興査読していただいた方々、そして最後までお読み

味は尽きない。近い将来、このような研究談義にいただいた読者の方々に御礼申し上げます。

花を咲かせ、ともに研究ができる（心が若手の？）研究者との邂逅をとても楽しみにしている。

Received Jun 5, 2020; Accepted Jun 25, 2020; PublishedAug 31, 2020.

謝辞

本稿で紹介した研究を遂行するにあたり、さま
ざまな研究リソースを提供してくださった基礎

参考文献

生物学研究所・環境光生物学研究部門の皆川純教

1.

Horton, P., Ruban, A.V. and Walters, R.G. (1996)

授に御礼申し上げます。光防御の変異体の単離、Regulation of light harvesting in green plants. Annu.

作成には同研究室の鎌田このみ博士および高知

Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47, 655–684.
2.

大学の山﨑朋人博士との共同研究として行われNiyogi, K.K. (1999) Photoprotectioin revisited:
Genetic and molecular approaches. Annu. Rev. Plant

ました。本稿では詳細に触れませんでしたが、変Physiol. Plant Mol. Biol. 50, 333–359.

異体の表現型解析の一部は名古屋大学の松尾拓3.

Niyogi, K.K. and Truong, T.B. (2013) Evolution of

哉博士との共同研究として行われました。また、

flexible non-photochemical quenching mechanisms

青色光受容体に関する研究はフランス国立科学

that

研究センターの Dimitris Petroutsos 博士、Giovanni

photosynthesis. Curr. Opin. Plant Biol. 16, 307–314.

80

regulatelightharvestinginoxygenic

光合成研究 30 (2) 2020
4.

5.

Li, Z., Wakao, S., Fischer, B.B. and Niyogi, K.K.

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光合成研究 30 (2) 2020
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82

光合成研究 30 (2) 2020

Signal transduction of the protective response of photosynthesis

Ryutaro Tokutsu
National Institute for Basic Biology

83

光合成研究 30 (2) 2020

解説特集

光合成生物に関連する分子の開発

Editor:

成川 礼（静岡大）、高林 厚史（北海道大）

序文
成川 礼（静岡大）・高林厚史（北海道大）

85

解説 光合成生物の細胞内を可視化するツールの開発秘話
久堀 徹 他（東京工業大）86

解説 シアノバクテリオクロムの進化的系譜から着想を得た多彩な光変換分子の合理的設計
伏見 圭司 他（静岡大）95

梅野 太輔（千葉大）

109

解説 非天然カロテノイド生合成経路の進化分子工学

84

光合成研究 30 (2) 2020

解説特集
序文‡

1

静岡大学 理学部生物科学科
2
北海道大学 低温研究所
成川 礼 1*、高林 厚史 2光合成生物は、地球上のほぼ全ての生物にエネルギーを供給する一次生産者として、地球上で成立している生態系の中で、非常に重要な位置を占めている。光合成生物は光の届くあらゆるところに生育し、それ故に多様な環境に順化・適応した様々な種が存在している。その進化の過程において、光合
成生物は光合成装置そのものを多様化させるだけでなく、光合成にまつわる様々な生理現象を獲得し、それに関わる多様な分子を産み出している。光合成生物の生き様を真に捉えるには、光合成そのものだけでなく、これら周辺の現象や分子の理解も必須といえよう。近年のゲノム解析やゲノム編集技術の大幅な進展により、非モデル生物も含めた多様な光合成生物の分子基盤の理解が飛躍的に進んでいる反面、細胞や個体レベルでの生命現象の理解にはまだ道は遠いといえる。
一方、近年の生命科学においては、細胞内の分子や現象を可視化したり制御したりするための開発
研究や、合成生物学的アプローチによる開発研究も盛んである。光合成とそれを取り巻く現象や分子は特異な特徴を有していることが多く、上記の開発研究において対象となることも多い。植物の赤色光センサーであるフィトクロムとその相互作用因子を哺乳類細胞で発現させて、光で特定の分子の動態を制御する研究が日本のグループから最近、報告された 1)。また、近年の光合成に関わる合成生物学
的アプローチとしては、大腸菌内でのクロロフィル合成経路の機能的発現が記憶に新しい 2)。これらの開発研究は、光合成生物由来の分子やシステムを他の生物に導入する研究であるが、光合成生物の現象を理解するための分子開発も精力的に行われており、今後、このような開発研究がさらに発展していくことで、細胞や個体レベルで生命現象を理解するための道が拓けると期待される。
そこで我々は、光合成生物由来の分子の開発や光合成生物で利用可能な分子の開発に焦点を当てた
解説特集を組むこととした。まず、東京工業大学の久堀徹氏らには、光合成生物の細胞内の酸化還元状
態や酸素をモニターするセンサーの開発について紹介して頂いた。GFP などの蛍光分子やヘム結合分子を駆使し、またある時は、光合成生物のもつユニークな分子を駆使し、多種多様なセンサー分子を続々と開発した一連の研究における開発秘話を披露いただいた。続いて、静岡大学の伏見圭司氏らには、シアノバクテリア特有の光受容分子・シアノバクテリオクロムを基盤とした蛍光プローブ・光ス
イッチの開発について紹介して頂いた。哺乳類細胞も有する色素・ビリベルジンを結合する分子の開発から、多様な光質を感知する分子の開発まで、光と色にとことんこだわった開発を楽しめる内容となっている。最後に、千葉大学の梅野太輔氏には非天然カロテノイド生合成経路の開発について紹介して頂いた。これまで、カロテノイドの修飾酵素を改変することで、新規のカロテノイド合成に成功す
る報告はあったが、梅野氏らは大胆な発想と精緻な研究デザインにより、カロテノイドの基本骨格を伸ばすという天然で成し得ていない「偉業」を成し遂げた。
本解説記事で取り上げた 3 つの研究においては、それぞれ三者三様の開発戦略が読み取れる。これ
らの記事は、今後展開されるであろう、異なる分子を土台とした開発研究にも大きな示唆を与えるの‡

解説特集「光合成生物に関連する分子の開発」

85

光合成研究 30 (2) 2020
ではないだろうか。本解説記事をきっかけに、光合成生物に関連する分子の開発が、より活性化することを期待したい。
本特集の編集にあたっては、コロナ禍の大変な状況の中、執筆者、査読者の方々には大変お世話になった。この場を借りて御礼申し上げる。

1.
2.

Uda, Y., Goto, Y., Oda, S., Kohchi, T., Matsuda, M. and Aoki, K. (2017) Efficient synthesis of phycocyanobilin
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eaaq1407.

86光合成研究 30 (2) 2020

解説
光合成生物の細胞内を可視化するツールの開発秘話‡

1

東京工業大学 科学技術創成研究院化学生命科学研究所
2

大阪大学 産業科学研究所

久堀 徹 1*、野亦 次郎 1、杉浦 一徳 1,2「生命現象を可視化する」とは、様々な技術を駆使して、これまで見ることのできなかった生命現象を目に見える形にすることである。下村侑博士が発見した緑色蛍光タンパク質（GFP）が種を超えて様々な生物における細胞内マーカーとして用いられるようになったことで、以前には見ることができな
かったタンパク質分子の動きまで可視化することができるようになった。生体内の酸化還元現象を主たる研究対象としている我々も、これを可視化しようと考え、これまで複数のセンサータンパク質を作成した。それぞれ、どのような設計思想に基づくものなのか、その特徴とともに紹介する。

パク質が存在することを明らかにした 2)。我々が

1. センサータンパク質開発のきっかけ
光合成の電子伝達反応で生じる還元力の大半

このクロマトグラフィー法を発表したのは、ちょは、フェレドキシン（Fd）から Fd-NADP レダク

うどシロイヌナズナの全ゲノムが解読された 3)

ターゼ（FNR）を介して NADPH の産生に用いら直後である。当時、質量分析技術が急速に発展しれる。ここで生じた NADPH は、Calvin-Benson 回

たこともあり、我々の発案した網羅的な探索方法

路において炭素固定反応が行われる際に必要なの発表を契機として、世界各国の Trx 研究者によ還元力として用いられている。さらに、Fd からり類似の方法が様々な生物や細胞内組織を用い

は FNR 以外にも様々な系に還元力が伝達されてて試され、Trx 標的タンパク質の探索が進められおり、中でも Fd-チオレドキシンレダクターゼ

た 4-8)。Trx は、細菌から動植物まで極めて普遍的（FTR）－チオレドキシン（Trx）の経路は、そのに生物界に存在するタンパク質であり、上記のプ下流で還元力を受け取る Calvin-Benson 回路の酵

ロテオーム解析によって種々のタンパク質の活素群など、いろいろな酵素の活性を調節する役割

性が酸化還元の変化で調節されている可能性がを担っているという点で、葉緑体代謝系の制御シあることが明らかになってきた。中でも、光合成1)の場である葉緑体には 300 種類以上のタンパクステムとして極めて重要である 。
我々は、2001 年に Trx 親和性クロマトグラ

質が Trx と相互作用する、すなわち、Trx の Cys

フィー（Trx が持つ活性部位の二つの Cys のうち変異体と混合ジスルフィド結合を形成する可能

一方を Ser に置換し、このモノシステイン Trx を性があることがわかった 9)。レドックスプロテ

ゲル担体に固定することで、標的タンパク質を混

オームやレドックスホメオスタシスという言葉

合ジスルフィド結合の形成によって担体に捕捉が、よく使われるようになったのもこの頃からでする方法）を開発し、植物細胞内に当時はまだ知ある。

られていなかった様々な酸化還元応答性のタン‡

解説特集「光合成生物に関連する分子の開発」*連絡先 E-mail: thisabor@res.titech.ac.jp87光合成研究 30 (2) 2020
2. 酸化還元状態センサータンパク質 Oba-Q とこうして、葉緑体内には数多くの酸化還元応答

Re-Q の開発

タンパク質が存在する可能性があることが明らかになったため、次にこのようなプロテオーム解2004 年に Tsien らは、緑色蛍光タンパク質 GFP

析によって同定されたタンパク質が実際に酸化の分子表面に二つの Cys を導入し、その酸化還元

還元応答するものか、あるいは、Trx との相互作状態の変化によって、蛍光の励起スペクトルが変用によってその活性が調節されるのか、が調べら化するタンパク質 roGFP を発表した 13)。
roGFP でれるようになった。この研究を行うにあたり、タは、β-バレル構造を形成する β-ストランドの中でンパク質上のチオール基の酸化還元状態を化学も特に発色団の近傍に位置する 2 本の β-ストラ

修飾と電気泳動の組み合わせで調べる方法が多ンドの分子表面側に２つの Cys が導入されてい用された 10)。しかし、当初、利用されていた AMSる。この２つの Cys は分子間距離が十分に近く、は分子量が 540 弱しかないため、仮にジスルフィ

酸化条件下でジスルフィド結合を形成すること

ド結合が還元されて 2 分子の AMS が取り込まれができる。このジスルフィド結合の形成によってても、タンパク質分子全体の分子量変化は、1080

発色団近傍の構造が変化し、それによって蛍光の弱である。分子量の小さなタンパク質の場合には、

励起スペクトルが変化する。しかし、roGFP は発

酸化還元状態の変化を見分けるのに十分な分子色団の核となるアミノ酸がチロシンであり、その量変化であるが、5 万、10 万と大きなタンパク質

励起スペクトルは環境の pH 変化によっても大きの場合には、電気泳動でそのバンドのシフトを確

く変動する。また、酸化還元電位を推定するため認するのが困難であった。そこで、我々の研究室には、異なる励起波長での蛍光スペクトル測定がでは、人工合成した DNA の末端にマレイミド基必要であるなど、細胞内の酸化還元状態のダイナを導入するという方法で、分子量がより大きな新ミクスをモニターする実験系としては不十分で規のチオール修飾剤 DNA マレイミドを開発したあった。

11, 12)。これを用いることで、分子量の大きなタン

これらの問題点を克服するために、我々はまずパク質の持つシステインの酸化還元状態の変化

青緑色の蛍光タンパク質 CFP14)、および、大阪大を見分けることができるようになった。

学産業科学研究所の永井健治教授らが作成した

このように、細胞内の個々のタンパク質の酸化

群青色の蛍光タンパク質 Sirius15)を用いて、
roGFP

還元状態を調べるツールは作ることができたが、と同じ位置に Cys を導入した変異タンパク質分

化学修飾法は細胞を強酸や液体窒素などで瞬時子を作成した。CFP と Sirius は発色団の中心となに殺してタンパク質の酸化還元状態を固定した

るアミノ酸がそれぞれ Trp と Phe であり、pH 変

ときにのみ用いることができる。すなわち、実際化による電離状態の変化が起こらないと期待しに細胞内で酸化還元状態がどのように変化し、そた。しかし、残念なことに、酸化還元による蛍光れによって個々のタンパク質分子の酸化還元状の変化そのものが全く観察できなかった。そこで、態が変化するのかは、明らかにすることができな

発色団近傍にさまざまなアミノ酸変異を導入しい。例えば、光合成生物の場合には、光条件が変て蛍光の変化を調べたところ、酸化状態では蛍光動することで、光合成電子伝達系の活性は絶えずを出すが還元状態ではほとんど蛍光を発しない

変動すると考えられるが、このような条件下で光新規のタンパク質を CFP と Sirius をベースとし合成生物の細胞内、あるいは、葉緑体内にある酸てそれぞれ開発することに成功した。ここまでに

化還元応答タンパク質がどのように状態を変化３年を要した労作である。そこで、この性質をさせるのかがわからない。これらの疑問に答えた

もったタンパク質を Oba-Q（Oxidation BAlance

いと考えたことが、我々が細胞内の状態を探るセ

sensed Quenching protein）、CFP と Sirius 由来の

ンサータンパク質を作成しようとしたきっかけ

ものをそれぞれ Oba-Qc、Oba-Qs と命名した 16)。
分光学的に詳しく調べてみると、Oba-Q は酸化である。

状態、還元状態で吸収スペクトルに変化が見られ

88

光合成研究 30 (2) 2020
ず、蛍光量子収率が変化することにより、還元状態のときに消光することが分かった。
酸化型 DTTと還元型 DTT の量比を変えて溶液の酸化還元電位を変化させる方法で蛍光の消光の度合いをプロットしたところ、Nernst 式に基づいて得られた
中点酸化還元電位は

CFP をベースとしたもの

で-249 mV、Sirius をベースとしたもので-232 mVであった。
この Oba-Q の分子構造をモデルとして、その後、中点酸化還元電位が異なり、発色団についても様々なバラエティのものを得ることができる

図1. 我々が作成したセンサータンパク質ようになった。さらに、変異の入れ方によっては、酸化状態で消光するものも作ることができた。こ還元電位の変化に応答しない GFP と Oba-Q やのタンパク質には、Reduction sensed Quenching

Re-Q を接続したタンパク質を作成した。これにprotein ということで Re-Q という名前を冠した
17)

よって GFP 蛍光をレファレンスとしてセンサー。「Re-Q（利休）に尋ねる」と細胞内の酸化還タンパク質のシグナル強度を評価することがで元状態がわかる、という意図である。

きるようになった。

分子表面のジスルフィド結合の形成に基づく

また、すでに roGFP で行われているが、Grx や構造変化が誘導する蛍光の消光の原因は、実際にペルオキシダーゼとの融合タンパク質を作成す

蛍光タンパク質分子の構造がどのように変化す

ると、グルタチオン（GSH）や過酸化水素など基るのかを調べなければわからない。そこで、大阪

質の酸化還元と共役して蛍光が変化するタンパ

大学蛋白質研究所の栗栖源治教授、田中秀明准教

ク質を作成することも可能である（図１）。この授との共同研究によって酸化還元により最も大方法で、すでに様々な酸化還元物質に対するセン

きく蛍光強度が変化する YFP をベースとした変サーが開発されつつある。

異体（Re-Qy）について、酸化型 Re-Qy、および、
還元型 Re-Qy の構造をミミックする Re-QyC147S

3. 酸素モニタータンパク質 ANA の開発（酸化還元応答する Cys の一方を Ser に置換し光合成が行われると、葉緑体内やシアノバクテた変異体）の結晶構造解析を行った。その結果、リアの細胞内には分子状酸素が生じる。実際に、分子表面のジスルフィド結合の形成によって、発この酸素は、強光条件など過剰な電子が生じる条色団部分の構造が変化し、近くにある Tyr203 と件下では、電子を受け取って一重項酸素となり、の π-π 相互作用ができたり、できなかったりする

いわゆる酸化ストレスの原因となる。ところが、ことがわかった。この構造変化によって、蛍光強これまで葉緑体内やシアノバクテリア細胞内の度が大きく変化するわけである。

酸素濃度は直接測定されたことはなく、葉緑体内

Oba-Q、Re-Q ともに単一の励起波長で蛍光強度で生じた酸素分子がどのくらいの速度で細胞質を測定することで、系の内部の酸化還元状態を知や他の細胞内オルガネラに拡散するのかもわ

ることができる、という点では、極めて簡便に測かっていない。光合成生物以外でも、生体内の酸定を行うことができる分子ツールではあるが、そ素濃度や酸素の動態は、生命現象を理解する上での蛍光強度は当然このセンサータンパク質の細胞内での発現量に依存することになる。すなわち、必須の情報であるが、これまでに開発された酸素濃度の検出手段は細胞を侵襲する、あるいは溶液

同じ細胞を連続観察して蛍光の変化をみること

中の酸素濃度を測定する酸素電極のようなもの

で細胞内の酸化還元電位の変動はわかるが、最大であり、細胞内で機能するものはまだ作られてい値がどこにあるのかはわからない。そこで、酸化

ない。

89

光合成研究 30 (2) 2020
そこで、我々がまず着目したのは、酸素を基質

ANA ， ANaerobic/Aerobic sensing fluorescence

として発光する海洋性発光バクテリアが持ってprotein と命名した。このセンサータンパク質は、いるルシフェラーゼである。よく知られているの分光特性が類似している二種類の分子間で起こは、Photobacterium phosphoreum というバクテリる干渉を利用して蛍光タンパク質の発する蛍光アである。新鮮なイカを購入して塩水が少し入っを消光するという現象を利用している点で、従来たトレイに入れて冷蔵庫に数日置くと、イカの体の FRET 型センサーとは異なる作動原理で機能表に光るスポットが現れる。この海洋性の発光バしていると言える 19)。

クテリアは、このようなスポットから簡単に採取

このセンサーでは、DosH 部分に酸素が結合すすることができる。発光バクテリアのルシフェ

ると蛍光の消光が弱まる、つまり蛍光強度が増加

ラーゼは、遺伝子の解析や構造解析が終わっていし、この変化は酸素濃度依存的である。我々がまる。そこで、我々はルシフェラーゼに変異を導入だ克服できていない点は、DosH の酸素親和性がして、基質である酸素に対する親和性を様々に変高すぎるところで、今のところ絶対嫌気か否かをえた変異ルシフェラーゼを得ることを計画した

調べる程度のシグナルしか得ることはできない。

が、この試みは悉く失敗した。

しかし、ANA を含む溶液中で、シアノバクテリ

そこで、次に我々が着目したのは、大腸菌など

アに光を照射すると、シアノバクテリアが発生すの細菌が持っている天然の酸素センサータンパ

る微量の酸素を経時的に測定することができた。

ク質 DosP（Direct oxygen sensor protein）である。

まだ ANA を光合成細胞内での測定系に使用する

DosP は血液中で酸素を輸送するタンパク質であためには、DosH ドメインを細胞内で機能させる

るヘモグロビンと同様にヘムを結合したタンパためにヘムを合成させる必要があるなど、検討すク質であり、酸素分子を結合・解離する性質をるべき課題は多い（図１）。

持っている。そこで、この DosP のヘム結合ドメ

光合成生物では、Anabaena sp. PCC7120 のようインである DosH 部分を切り出し、適当な蛍光タに窒素固定を行う糸状性シアノバクテリアが、窒ンパク質と結合させて融合タンパク質を作成す

素固定機能を持つヘテロシストという特殊な細ることにした。DosH はヘムを持っているので、胞を形成する。このヘテロシスト細胞内は酸素に酸素を結合するとヘモグロビンと同様に吸収ス

弱いニトロゲナーゼを保護するために極めて嫌ペクトルが変化する

18)。
この吸収帯が変化する領気的に保たれていると言われている。また、ヒト域で応答する蛍光タンパク質をパートナーとすの細胞ではガン化に伴って低酸素状態になるこ

れば、DosH の吸収変化の度合いに応じて、蛍光とや、バクテリアが細胞内を低酸素状態にするこを変化するセンサーが作れるのではないかと考とで酸素に弱いタンパク質を保護しているなどえた。

の報告もある。また、微量な活性酸素種が細胞内

この時、DosH の吸収変化と蛍光タンパク質のではシグナル分子として重要な働きを持ってい蛍光を共役させるためには、両者の色素団を適当ることも、近年明らかにされている。このようにな配置に固定する必要がある。このために二種類

生体内の微量酸素に関する情報は、今後ますますのタンパク質を接続するリンカー部分の構造が重要性を増すと考えられ、本研究で示した ANA

極めて重要であるが、我々は、ここに逆平行のコセンサーのような生体内で発現可能な酸素セン

イルドコイル構造をもつリンカーを導入するこサーは、今後重要な研究手段になるものと期待しとで両タンパク質を安定な位置に立体配置するている。

融合タンパク質を作成することに成功した。
DosH の酸素親和性が極めて高いため、溶液内の4. Trx モニタータンパク質 CROST の開発

nM レベルの酸素の有無を検出できることから好Trx は、ジチオール-ジスルフィド交換反応によ

気条件と嫌気条件を見分けることのできるセンり、生体内の還元力を標的となるタンパク質など

サーという意味で、このセンサータンパク質をに伝達し、受け手となる様々な生体分子を調節す90

光合成研究 30 (2) 2020
る非常に重要なタンパク質であり、動植物、細菌れている。そこで、Trx-f による CP12 の還元とこなどほとんど全ての生物が持っている。植物の光れによる構造変化を反映して蛍光が変化するタ合成の場である葉緑体では、Trx は光合成の電子ンパク質を分子設計することにした。CP12 はシ伝達系から還元力を受け取り、葉緑体内の様々な

アノバクテリアにも存在することが知られてい酵素分子に還元力を伝達し多くの場合これらのる。しかし、シアノバクテリアは進化的に真核生活性を調節しているため、光合成反応の調節を行

物由来の Trx-f を持っていないため、シアノバク

う重要なタンパク質として知られている。

テリアの CP12 は Trx-f に対する特異性が弱いと光合成では、水の分解によって得られる還元力予想される。そこで、シアノバクテリア由来のを NADPH に伝達する光合成電子伝達系がチラ

CP12 をコントロールとして用いることにした。

コイド膜で働き、光エネルギーを化学エネルギー

そして、CP12 のジスルフィド結合を形成するに変換する光エネルギー変換過程を担っている。

一対の Cys を含む部分配列をリンカーとして用

一方、ストラマでは二酸化炭素を有機物に変換す

い、二つの蛍光タンパク質を接続することにした。

る代謝過程（Calvin-Benson 回路）が働いている。

CP12 の約半分の長さの部分配列の両端に、長波

この二つの過程が協調的に機能するためには、特長側の蛍光を発する YFP と短波長側の蛍光を発に代謝過程に関わる酵素群の活性が、光合成電子する CFP をそれぞれ結合した。この融合分子で伝達と協調している必要がある。

は、CP12 断片の酸化還元状態が変化すると、そそこで、両者の共役において最も重要な役割をの構造変化によって YFP と CFP の間の距離が変果たしているタンパク質が、光合成電子伝達系で化し、これを蛍光のエネルギー共鳴移動効率の変生じる還元力の一部を酵素分子に受け渡し、酵素化として検出することができる。CP12 断片の酸分子が持っているジスルフィド結合を還元して化還元は、Trx の酸化還元状態の変化によって迅活性調節を行う Trx である。したがって、光合成速に行われるので、このタンパク質の蛍光の変化

生物では、Trx の酸化還元状態がその機能制御を

は、すなわち Trx-f の酸化還元状態の変化と捉え理解するうえで欠かせない重要な情報といえる。

ることができる（図 1）。このようにして作成しこれまで、Trx の酸化還元状態を調べる方法とした Trx 酸化還元状態センサータンパク質を、ては、第 1 節でも述べたようにチオール基を化学

CROST，Change in RedOx State of Thioredoxin と修飾して電気泳動的に定量する方法が一般的で命名した 21)。葉緑体由来の CP12 断片を利用してあり、リアルタイムに Trx の酸化還元状態を評価作成した CROST は、Trx-f の酸化還元状態に特異する方法がなかった。

的にかつ極めて速やかに応答したが、シアノバク

我々は、まず葉緑体が複数持っている Trx アイ

テリア由来の CROST は Trx-f にも Trx-m にも一ソフォームのうち、Calvin-Benson 回路の酵素群

定程度応答することが分かった。

の活性調節に重要と言われている f 型 Trx（f はこ

そこで、この CROST 分子をシロイヌナズナのの Trx が標的とする酵素であることが最初にわ葉緑体内で発現し、CROST 分子に由来する蛍光かった FBPase に由来する、以降、Trx-f と記述すの変化を用いて明暗の光条件変化による葉緑体る）の酸化還元状態をモニターするタンパク質を内の酸化還元状態の変化を調べたところ、明所で作ることにした。葉緑体には、Trx-f によって二は照射時間に応じて還元レベルが上昇し、暗所でつある分子内ジスルフィド結合が還元されるこは次第に酸化されていくことが分かった。このよとで大きく構造変化する CP12 というタンパク質

うに経時的な酸化還元応答を追跡するツールが

がある

20)

。CP12 は還元状態では伸びた構造をできたことで、様々な光条件変化や環境条件変化取っているが、酸化条件下では分子内に二組のジによって、植物細胞、あるいは、葉緑体内の酸化

スルフィド結合を形成し、その構造変化によって還元状態がどのように変化するのかを明らかに

葉緑体酵素である GAPDH 二分子と PRK 二分子できるものと期待している。

を結合して超分子複合体を形成することが知ら91

光合成研究 30 (2) 2020
5. ESIPT 型センサータンパク質 FROG/B の開発に、pH センサーである deGFP22)やカルシウムセ

第 3 節で触れたように、生体内の酸化還元状態

ンサーの GEM-GECO23)等が作られている。今回、と活性酸素種は密接に関係している。動物細胞内

我々は、環境の酸化還元状態の変化によって、でも、酸素が電子を受け取る（還元される）と反GFP 分子表面のシステインペア（Oba-Q や Re-Q

応性の極めて高い一重項酸素が生成し、これはそでもほぼ同様の位置に導入している）の酸化還元の後、SOD（スーパーオキシドジスムターゼ）に状態が変化して微妙な構造変化を誘導し、これがよって過酸化水素に変換される。過酸化水素も反ESIPT 過程に影響することで発光スペクトルが応性の高い ROS なので、ペルオキシダーゼやペ変化する蛍光タンパク質を作成した。作成に成功

ルオキシレドキシンによって無毒化される経路

したタンパク質では、タンパク質の分子表面にあが存在する（抗酸化ストレス系とよぶ）。

る 2 つのシステインが還元状態にあるときには

本稿では、ここまで光合成の電子伝達系の働き

青色の蛍光、酸化ストレスが生じると緑色の蛍光によって誘導される葉緑体内の酸化還元状態のが生じる。単一の励起光でこのような変化を見る

変化に注目してこれまで作成したセンサータン

ことができるので、このセンサータンパク質はこ

パク質を紹介してきたが、上記の通り、生体内のれまで作られたいずれのセンサータンパク質よ酸化還元状態としては ROS の存在は極めて重要

りも簡便かつ定量的に細胞内の状態変化を調べであるし、実際、ROS がタンパク質や脂質を酸化ることができると言える。そこで、この蛍光タンすることによって機能障害を引き起こすこともパク質センサーを FROG/B、Fluorescent protein

知られている。抗がん剤の中には、ROS を積極的with RedOx-dependent change in Green/Blue）」と命に生成させることによって、がん細胞自身を殺す名した。ちょうど、環境の変化によって体色を変というものもある。従って、ROS を測定できるセ

えることのできるアオガエルといったイメージ

ンサータンパク質は極めて重要と考えられ、である 24)。

Tisen らによって最初に作成された roGFP もペル

この FROG/B を、がん細胞のモデル細胞であオキシダーゼとの融合タンパク質を作成するこる HeLa 細胞に発現させて、細胞外から過酸化水とで、ROS のセンサーとして機能できることが素、あるいは、抗がん剤 Kp372-1 を加えてみた。

すでに報告されている。

Kp372-1 は、細胞内に ROS を発生させることでしかし、roGFP は酸化状態と還元状態で励起ス

がん細胞を殺すというものである。共焦点レーペクトルが変化することを利用して、蛍光強度のザー顕微鏡を用いて、細胞の蛍光スペクトルの変比を取って測定を行うために、2 つの励起波長で化を経時的に測定してみると、確かに過酸化水素測定を行う必要があり、通常の装置ではリアルタ

や Kp372-1 の投与によって細胞内が酸化（細胞内イムの測定が難しい。また、FRET 型のセンサーの蛍光スペクトルが緑色帯に変化）することが観タンパク質のように 2 種類の蛍光タンパク質を察された。細胞内で生じた ROS は、細胞内のレリンカーペプチドでつないだ場合には、それぞれドックス緩衝剤であるグルタチオンの酸化を介の蛍光タンパク質の安定性の違いや成熟速度のしてセンサータンパク質の酸化を引き起こしてコントロールが難しいなど、それぞれに欠点がいると考えられる。そこで、FROG/B にグルタレあった。

ドキシンを適当なリンカーペプチドを用いてつESIPT 型の蛍光センサータンパク質では、タンないてみた。すると、FROG/B 単独に比べて、薬パク質の構造変化が発色団を出発点とする励起剤投与によって生じる酸化シグナルの応答性が状態の分子内プロトン移動 ESIPT（Excited state

格段に向上した。

intramolecular proton transfer）過程に注目し、何ら次に、FROG/B を糸状性シアノバクテリア

かのシグナルによって誘導されるセンサータン

Anabaena sp. 7120 の細胞内に発現させてみた。こ

パク質の構造変化が ESIPT 過程に影響するようのシアノバクテリアは、窒素飢餓条件に置くと数にアミノ酸変異を導入したものである。これまで

珠状に連なった栄養細胞の中に 10～20 個に 1 個

92

光合成研究 30 (2) 2020の割合でヘテロシスト（異形細胞）と呼ばれる特シフェラーゼの励起エネルギーの共鳴移動に殊な細胞が形成される。このヘテロシスト内部でよって蛍光タンパク質を励起するという技術がは、窒素固定反応を触媒するニトロゲナーゼが、開発されている。このような技術を我々が開発し大気中の窒素を直接アンモニアに変換する窒素たセンサータンパク質と組み合わせれば、励起光同化反応を行っているが、ニトロゲナーゼの反応の照射なしに細胞内の状態変化を観察できるよ

中心は酸素に極めて弱いため、ヘテロシストの細うになる。これが実現すれば、我々が当初目指し

胞内は酸素濃度の低い嫌気的な状態に保たれてた光合成生物の細胞内や葉緑体内で起こる状態

いるという。そこで、栄養細胞とヘテロシスト、

変化を経時的に観察することが可能になるもの

それぞれに FROG/B を発現させ、シアノバクテと期待している。

リアを明暗条件に遷移させたときにどのように蛍光シグナルが変化するかを調べてみた。その結余談

果、暗所から明所に移動した場合には、栄養細胞

現在は、新しい機能を持った天然のタンパク質

内部の還元がヘテロシストに比べて早く進むこを発見して自らネーミングを考えて論文投稿しと、明所から暗所に移動した場合には、ヘテロシても、まず認められることはない。既存のタンパ

スト内部の方がより早く酸化されることなどがク質との関係を明確にした名前が好まれるようわかった。

である。しかし、人工タンパク質はこの限りでは

このように、このセンサーは、従来型のセンないので、論文著者が好きな名前をつけることがサータンパク質に比較して細胞内の酸化還元状で き る 。 我 々 が 名 付 け た Oba-Q, Re-Q, ANA,態の変化を格段に簡単、かつ経時的に調べること

CROST はいずれも日本人にしか理解してもらえできるツールということができる。例えば、このない名前かもしれないが、それぞれ背景には思いセンサーをがん細胞に発現しておけば、ROS 発入れがあって、著者達は結構気に入っている。そ生型の抗がん剤のスクリーニングなどが極めてして、今回、酸化還元センサーとしては決定版と簡単にできるようになるものと思う。また、光合もいえる FROG/B を発表することができた。こ成生物の研究においても、環境の変化が代謝系酵の最新のセンサータンパク質は、使い勝手がよく素の活性制御に及ぼす影響の解析などを容易に国際的に通用する名前を付けることができたの行うことができるものと期待している。

で、関連分野の研究者にも広く活用してもらえる
ものと期待している。

6. おわりに
本稿で紹介したように、我々はこれまで主に蛍謝辞

光タンパク質を改変することで、光合成に伴う細本稿で紹介したセンサータンパク質の開発に

胞内の状態変化を可視化することを目指して、各あたり、大阪大学産業科学研究所の永井健治教授、

種のセンサータンパク質を開発してきた。しかし、東京工業大学生命理工学院の原怜助教、東京工業

蛍光タンパク質を用いた観察では、必然的にセン

大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所のサータンパク質を励起するための励起光の照射

若林憲一准教授には、技術的な重要なサポートをが必要となる。光合成システムの機能に由来する受けたことに対して厚く御礼申し上げます。また、細胞内の状態変化を観察する場合には、このセン

Re-Q の結晶構造解析に尽力していただいた大阪

サータンパク質の励起に必要な光が光合成シス

大学蛋白質研究所の栗栖源治教授、田中秀明准教

テムに影響することを極力抑えるために励起光

授、ならびに、本稿で紹介した各センサータンパ

強度をぎりぎりまで絞る必要があるなど、技術的ク質の論文の共著者の皆様に厚く御礼申し上げ

な制約も多い。近年、新たなセンサータンパク質ます。

として、化学発光タンパク質ルシフェラーゼを蛍
光タンパク質と適当なリンカー配列でつなぎ、ル

93

光合成研究 30 (2) 202011.

Received Jun 17, 2020; Accepted Jun 29, 2020; PublishedHara, S., Nojima, T., Seio, K., Yoshida, M., andHisabori, T. (2013) DNA-maleimide: an improved

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2The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University95

光合成研究 30 (2) 2020

解説
シアノバクテリオクロムの進化的系譜から着想を得た多彩な光変換分子の合理的設計‡静岡大学 理学部生物科学科
伏見 圭司、成川 礼*
近年、光受容体の光化学的特性を利用して、光照射によって生体分子の動態を検出する「蛍光プロー
ブ」やその活性を制御する「光スイッチ」の開発が進められている。今日まで、国内・国外の研究グ
ループによって、様々なシアノバクテリアのゲノム情報から光受容体・シアノバクテリオクロムが探索され、幅広い波長領域で光を感知する光変換分子が発見されてきた。著者らは、長波長型光変換分子や短波長型光変換分子を解析し、応用研究に向けた分子基盤を構築してきた。将来、この基盤を拡張することができれば、目的や需要に合わせたテーラーメイド型の蛍光プローブや光スイッチを創出することも可能になるかもしれない。
1. はじめにPAS （ Per/Arnt/Sim ） 、 GAF （ cGMP-

光は、光質（波長）、光量（強度）、照射場所、

phosphodiesterase/adenylate cyclase/FhlA ） 、 PHY

照射時間という４つのパラメーターを厳密に制（phytochrome-specific）の３つのドメインを必要御することが可能なツールであり、様々な分析技とするが、シアノバクテリオクロムは GAF ドメ

術に利用されている。近年、光受容体の光化学的インのみで十分である（図１A）。これらの分子特性を利用して、光照射によって生体分子の動態は、共通して、GAF ドメインの色素結合ポケッを検出する「蛍光プローブ」やその活性を制御す

トにビリン色素（開環テトラピロール構造を基本

る「光スイッチ」の開発が進められている。

骨格とする化合物）を取り込むことで、その共役光受容体は、光質や光量を感知する色素タンパ

系の長さに反映した波長の光を吸収することがク質であり、特定の光を吸収することで、生命現できる（図１B）。ビリン色素は、光の吸収によっ

象の引き金となる分子機構を制御する機能をもて Z / E 異性化反応が誘起され（図１C）、それつ。近年、科学技術の発展に伴い、様々な生物のに伴って、タンパク質全体の分子構造が可逆的にゲノム情報が公開されている中、光受容体の遺伝変化する。この反応は「光変換」と呼ばれ、基底子は、光合成生物から非光合成生物にまで広く存状態 dark state / 励起状態 photoproduct state の在していることが知られている。古くにはフィト

２つの光感知型が観察される。光変換の概要につクロムが発見され 1,2)、今日に至るまで、その分いては、著者らが過去に執筆した和文総説 16) や子構造や色調節機構が解析されている 3–14)。最近

英文総説 17) を参考にされたい。

では、そのホモログであるシアノバクテリオクロ

今日まで、国内・国外の研究グループによって、

ムが発見され 2,15)、現時点では、シアノバクテリ

様々なシアノバクテリアのゲノム情報からシア

アだけにしかその存在が確認されていない。光をノバクテリオクロムが探索され、幅広い波長領域感知するための構成単位として、フィトクロムはで光を感知する光変換分子（シアノバクテリオク‡

解説特集「光合成生物に関連する分子の開発」*連絡先 E-mail: narikawa.rei@shizuoka.ac.jp96光合成研究 30 (2) 2020

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O

+HN

NH

-O

O

-O

NH
O

O

+HN

H
N

GAF

-O

O

PecE/F
N
H
NH

O

O


BV

E

+HN

H
N

O

O

 
PCB
PVB

図1. ビリン色素結合型光受容体の構造（A）フィトクロムやシアノバクテリオクロムの光感知に必要な領域。（B）ビリン色素の構造と生合成経路。
様々な生き物がもつヘムを前駆体にしてビリベルジン（BV）が合成される。シアノバクテリアは、還元酵素に
よって BV をフィコシアノビリン（PCB）に変換する。一部のシアノバクテリオクロムは、色素結合ポケットに取り込んだ PCB をフィコビオロビリン（PVB）に変換する機能をもつ。（C）フィトクロムやシアノバクテ
リオクロムに結合するビリン色素の Z / E 異性化反応。特定の波長の光を吸収することで C15–C16 位の幾何異性が生じ、光変換を誘起する。フィトクロムやシアノバクテリオクロムで保存されている重要な Cys 残基
は、 ビリン色素の C31 位または C32 位に対して不可逆的な共有結合を形成する。また、一部のシアノバクテ
リオクロムで保存されているもう１つの重要な Cys 残基は、光変換に伴って、ビリン色素の C10 位に対して可逆的な共有結合を形成する。

ロムの GAF ドメイン）が発見されている 15,18–46)。

27,34,36,52,53)

これらのアミノ酸配列と光変換の特徴を比較す

構を解明することで、蛍光プローブおよび光ス

ることで、いくつかの系統に分類することができイッチを設計するための分子基盤を構築してきる（図２A）。中でも、赤色光 / 緑色光感知型とた。本稿では、著者らが研究してきた、長波長型

青色光 / 緑色光感知型の光変換分子については、

光変換分子を基盤にした「哺乳類内在性色素を結

NMR 分光法や X 線結晶構造解析法など様々な合する近赤外光感知型分子」25) と短波長型光変分析法による解析が進められている。その結果、換分子を基盤にした「多段階的変異導入法で創出基底状態と励起状態の両方での構造が決定され、した８種類の可視光感知型分子」26) について解

分子構造と色調節機構の詳細が解明されている説するとともに（図３A–J）、それぞれの応用例

47–51)（図２B、C）。

。さらに、これらの分子構造や色調節機について紹介する。

著者らは、シアノバクテリオクロムに焦点を当
2. ユニークなシアノバクテリア・ Acaryochlorisて、これまでに蓄積されてきた知見を基にして、多彩な光変換分子を発見ないし改変してきた

22–

marina がもつ長波長型光変換分子97

光合成研究 30 (2) 2020
著者らは、ユニークなシアノバクテリア・

素を２つもっていることを発見しており、これら

Acaryochloris marina に着目し、ゲノム情報からを使い分けることで、長波長の光感知に適応した

シアノバクテリオクロムを探索してきた。一般的生存戦略を獲得している可能性を提示しているなシアノバクテリア（Synechocystis sp. PCC 6803、

56)

Anabaena sp. PCC 7120 等）は光合成反応中心色

クロム、延いては、光変換分子は長波長の光を感素 と し て ク ロ ロ フ ィ ル a を 利 用 す る が 、 A.

知できるのではないかと考えた。この仮説の下、

marina はそれよりも長波長の光を吸収するクロ

A. marina に由来し、赤色光 / 緑色光感知型に分

54,55)

類 さ れ る 光 変 換 分 子 ・ AM1_1557g2 、ロフィル d を利用することが知られている。

。つまり、A. marina がもつシアノバクテリオ

加えて、著者らの研究グループでは、ビリン色素

AM1_C0023g2 の解析を行った 22,36)。赤色光 / 緑

合成系について、一般的なシアノバクテリアはビ

色光感知型の光変換分子は、PCB を結合するこリベルジン（BV）からフィコシアノビリン（PCB）とで、赤色光と緑色光で光変換を示すことが知らを合成する還元酵素（PcyA）を１つしかもたない

れており、これまでの常識では、その前駆体であのに対し、A. marina は反応速度が異なる還元酵

る BV は結合しないとされていた（図３A、K）。

AGAF 

B 



15Z–PCB

15E–PCB

DXCIP

rotate



/ 



/ 





/ 





/ 



/



/ 



B
1st Cys

flip

A

Z

D
E

C31




C

Asp


Asp



C   Cys

15Z–PVB

3784

15E–PVB

2nd Cys

CikA
/ 




/ 





/ 





/





rotate

C10



C

B
C31

A

1st CysGAF 

flip

Z

D
2nd Cys

Asp

E

Asp

図2. 光変換分子の多様性と分子機構（A）光変換分子（シアノバクテリオクロムの GAF ドメイン）の分子系統樹。アミノ酸配列と光変換の特徴
によって各系統に分類される。外群として、フィトクロムの GAF ドメインを比較している。（B、C）典型的な長波長型光変換分子および短波長型光変換分子の分子機構。（B）長波長型は PCB を結合することで、赤色
光 / 緑色光感知型の光変換を示す。基底状態では 15Z–PCB、励起状態では 15E–PCBが結合する（図にはNpR6012g4 の赤色光吸収型（PDB ID：6BHN）、緑色光吸収型（PDB ID：6BHO）の構造をそれぞれ示す）。
（C）短波長型は PVB を結合することで、青色光 / 緑色光感知型の光変換を示す。基底状態では 15Z–PVB、励起状態では 15E–PVBが結合する（図には TePixJg の青色光吸収型（PDB ID：4GLQ）、緑色光吸収型（PDB
ID：3VV4）の構造をそれぞれ示す）。長波長型、短波長型ともに、光変換に伴って、ビリン色素の D 環部分の反転（flip）と構造全体の回転（rotate）が起こる（flip and rotate と呼ばれる）。ビリン色素の構造に合わせて、保存された Asp 残基の側鎖のカルボニル基が水素結合を形成し、構造を安定化している。

98

光合成研究 30 (2) 2020



His

His





Thr
Val
Tyr

FRL

 /
1.2

Pg

1.0

0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
400

500

600

700

Tyr
Thr
Ser

Tyr
Thr

Cys

GL

Z

Ser

0.2



500

His
Tyr
Thr

Cys
Cys

E

Po

Pg

1.0

0.8
0.6
0.4
0.2

AM1_1499g1
AM1_6305g1
NpR5113g1
NpR1597g1
NpR5113g3
TePixJg
SyPixJg2

E
Tyr
Thr

400

500

Cys

600

Ser

 S118C

Z

Ser

1.2

Pt

1.0

0.4
0.2

400

His
Tyr
Thr

Cys

Val

 / 

500

Po

Py

1.0



0.6
0.4
0.2
0.0

Tyr
Thr

Z

Cys

500
nm

600

700

Pt

1.0

0.2

400

 F97V/S118C

Leu
Asn

500

600

Py

1.0

0.4
0.2

500

600

700

nm

Pb

Pt

0.6
0.4
0.2

300

His

GL

Leu
Asn

GL Cys

Z

J

Cys

400

Tyr
Tyr
Thr

Cys

E
Val

 F97V/S118C/Y151L/T159N

500

600

700

Pg

Tyr

BL

Tyr
Thr

GL Cys

Z

Cys

Val

 / 
1.2

Pg

1.0

0.6
0.4
0.2

E

Val



0.8

300

PVB

Cys

0.0
400

 S118C/H147Y

nm / 
Pg

Phe



0.8

700

Val



0.6

300

His

Cys

Val

0.8

E

0.0

PVB

1.2

Cys

 / 
1.2

0.4

E

Tyr
Thr

TL Cys

Z



Pg

Tyr

BL

Phe

0.6

Cys

0.0
400

E
Phe

 S118C/Y151L/T159N

300

I

His

GL Cys

Tyr
Thr
Cys

0.8

700

Tyr

Cys

nm

YL

 / 1.2

 F97V

600

Val



0.8

300

PVB

E

PVB

0.0

Cys

Val

Cys

 / 



Py

Leu
Asn

Phe

0.6

300

H
Tyr
Thr

Cys

YL

Z

F

His

GL
TL Cys

nm

His

OL

Leu
Asn

E

0.8

700

His

Cys



Tyr
Thr

VDRVAIFQFDSATDYKQGVFVAEKVIPIYYSAVA----ARVQDDSFGENYATKYQLGRVFAVADVYDAGLSDCHIQIYERFQVRATLVVPLLQGEKLWGLLCIHQCSRPRAWANRVAIFKLDSATNYTTGCFVAEKVVPPFTSALA----ANVRDDCFGHNYANKYQQGQVFAVADIYAENLSDCHVRILERFQVRANLVVPLLQGEKLWGLLCIHQCSGPRAWADRVAVFQFDL-EKDWEGEFVSENVAPGWTSALK----VKVYDHCFGEQFASSYQQGRVQAVADIYNAGLSDCHAAILSKFQVKANLVVPLSRQKELWGLLCIHQCSEARNWTDRVGVFRLYP-DLAWEGEFIYEDVATEWDSALA----AKLCDHCFSEEFASLYQQGRIRAIADIYQVNASDCYIQILERFQVRANITAPLIKGKNLWGLLCIHQCSSSRQWADRVAVFRFDP-QKDWEGEFISEDVVPECNSVIA----EKIYDYCFGENFASLYAQGRVNAIADIYQAKFPGCYIQILEKFQVRANLVAPLLKKGELWGLLCIHQCTTFRHWCDRVIVYAFDD---NYVGTVVAESVAEGWPQARD----QVIEDPCFREHWVEAYRQGRIQATTDIFKAGLTECHLNQLRPLKVRANLVVPMVIDDQLFGLLIAHQCSEPRQWADRVIVYRFDA---TWAGTVIVESVAEGYPKALG----ATIADPCFADSYVEKYRSGRIQATRDIYNAGLTPCHIGQLKPFEVKANLVAPINYKGNLLGLLIAHQCSGPRDW
2nd Cys
1st Cys

Cys



His

Cys



Phe

nm

PCB



( 78-185)( 59-166)( 59-165)( 66-172)(414-520)(457-561)(527-631)

PVB

0.0

300



800

His

YL

 / 
1.2

0.0



700

TL CysZ AM1_1499g1

600

Phe









1.0

PVB

Phe

 / 
1.2

D

His

OL





0.4

400



AnPixJg2(252-360) CDRVAVYRFNP---DWSGEFVAESVGSGWVKLVGPDIKTVWEDTHLQETQGGRYRHQESFVVNDIYEAGHFSCHLEILEQFEIKAYIIVPVFAAEKLWGLLAAYQNSGTREWNpR6012g4(618-726) CDRVAVYRFNP---NWTGEFVAESVAHTWVKLVGPDIKTVWEDTHLQETQGGRYAQGENFVVNDIYQVGHSPCHIEILEQFEVKAYVIVPVFAGEQLWGLLAAYQNSGTRDW
AM1_1557g2 (235-343) CDRVVVYKFFP---DWSGEFLVEATAPNILPLSELEVPMVWQDTYLQENQGGKYRDNATTVVADIYQESYRDCHLEILEWYKIRAYMVVPVFIGETLWGLLAAYQLNVPRQW
AM1_C0023g2 (269-377) CDRVVIYQFWP---DWSGEFLVESTAPGLIPLSELDVPMTWQDTYLQENQGGKFKDNAPTVVADIYQQSYTDCHLEILEWFDIRAYMVVPVFIGKTLWGLLAAYQLNHPRQW
1st Cys0.6300 / BV 

nm

Phe



Po

0.8

800

 /  
PCB 

L



Pfr





His

Cys

1.0



 /  
PVB 

E



PCB

1.2

Tyr


BV

nm

G

Thr
Val

0.0

300

C

K

Tyr
Cys

OL

Z


Pr





1.0

BV  

Tyr

E





 / 
1.2

BV
Cys

Phe
Ile

Cys

GL

Z

B

His

RL



Phe
Ile



His

Cys



PCB



A

 F97V/S118C/H147Y


Pb

Pg

0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

400

500

600

700

300

400

nm

500

600

700

nm

図3. 本研究室で発見・改変した光変換分子の色調節機構（A–J）長波長型光変換分子および短波長型光変換分子の吸収スペクトル。（A）赤色光 / 緑色光感知型光変換分子（PCB を結合）。（B）遠赤色光 / 橙色光感知型光変換分子（BV を結合）。（C）橙色光 / 緑色光感
知型光変換分子（PCB を結合）。（D）黃色光 / 青緑色光感知型光変換分子（PVB を結合）。（E）黃緑色光/ 青緑色光感知型光変換分子（PVB を結合）。（F）青色光 / 青緑色光感知型光変換分子（PVB を結合）。（G）
橙色光 / 黃色光感知型光変換分子（PCB を結合）。（H）黃色光 / 緑色光感知型光変換分子（PVB を結合）。
（I）黃緑色光 / 緑色光感知型光変換分子（PVB を結合）。（J）青色光 / 緑色光感知型光変換分子（PVB を結合）。光変換分子の吸収波長に合わせて、共役系を色塗りしたモデル図を示した。また、光変換分子−ビリン
色素間の親和性や色調節機構に関わるアミノ酸残基を一緒に示した（変異導入前は薄い色、変異導入後は濃い色で表記）。（K）光変換分子の写真（左：青色光 / 緑色光感知型光変換分子、中央：赤色光 / 緑色光感知型
光変換分子、右：遠赤色光 / 橙色光感知型光変換分子）。（L）長波長型光変換分子および短波長型光変換分子のアミノ酸配列の比較（色塗りした各アミノ酸残基は図３A–J のモデル図と対応）。長波長型光変換分子においては、BV 結合能力が低い光変換分子（赤色）、BV 結合能力が高い光変換分子（茶色）をそれぞれの色で区別した。短波長型光変換分子においては、橙色光 / 緑色光感知型光変換分子（橙色）、黄緑色光 / 青緑色
光感知型光変換分子（黄緑色）、青色光 / 青緑色光感知型光変換分子（青色）、青色光 / 緑色光感知型光変換
分子（紫色）をそれぞれの色で区別した。Fushimi et al., PNAS, (2019)、Fushimi et al., PNAS, (2020) より引用25,26)。

しかしながら、著者らはこれまでの常識を覆し、から、首尾よく長波長の光を感知できる光変換分AM1_1557g2、AM1_C0023g2 は、BV を結合する子を発見することができたわけである。

ことで、遠赤色光と橙色光で光変換を示すことを明らかにした（図３B、K）。BV は PCB と比べ3. 哺乳類内在性色素を結合する近赤外光感知型て共役系が長いため（図１B）、BV を結合する分子の分子機構の解明と応用利用

光変換分子は、PCB を結合する光変換分子より

BV は哺乳類を始めとする様々な生き物の中も長波長の光を吸収できる。つまり、上記の仮説

で生合成され、天然物の中では最も共役系が長い
ビリン色素である。長波長の光はエネルギーが低99

光合成研究 30 (2) 2020
く、哺乳類の細胞または組織に豊富に存在するヘ結晶構造が明らかにされている A. 7120 由来

ムやメラニンに吸収されにくい。つまり、BV をの PCB を 結 合 す る 長 波 長 型 光 変 換 分 子 ・結合する光変換分子は、哺乳類個体レベルでの光AnPixJg249) を土台にして、まず、BV に対する親スイッチの適用において、非常に有効な分子基盤

和性を確認した。その結果、BV を結合し、遠赤となる。ここで著者らは、「なぜ、一般的なシア

色光と橙色光で光変換を示すものの、BV の結合

ノバクテリアに由来する光変換分子は BV を結効率やタンパク質の発現効率が非常に低いこと合することができず、A. marina に由来する光変から、BV に対する親和性は低いと考えられた

換分子は BV を結合することができるのか？」（図４A、B）。そこで、この構造情報を基に、BVという基礎的な疑問に至るとともに、これを解決

を殆ど結合しない光変換分子と BV を顕著に結することが蛍光プローブや光スイッチの開発の合する光変換分子のアミノ酸配列を比較し、特異

重要な情報基盤になると考え、この分子機構の解的なアミノ酸残基の抽出を試みた。変異導入法に明に着手した。

よる検証を繰り返し行った結果、最終的に、４つ



0.4



0.2



1.0

0.4
0.2

Pfr


AnPixJg20.8

75 ± 13%76 ± 8.5

80%



0.0

AnPixJg2_BV4

GFP

NpF

80

60%
40%
20%

0.6

D

76 
100

Po

0.6

0.8

20 
100%





1.0



B



A

60

In vitro 

40
20

3.7 ± 1.9%

NpF2164g5_BV4–
1.0 ± 0.2

0%

0

0.0
300

400

500

600

700

800

nm

C

AnPixJg2

Cys321AnPixJg2_BV4Phe308His322

Cys321

Tyr352

Ile336

C

B

D

A

180º

Trp289His318

Asp291

PCB

Val336
D

A

Ile336

32

C

B
32

Trp289Asp291

NpF2164g5_BV4+

Tyr35231

31

Thr308His322180º

Tyr318
Val336

BV
Phe308

Thr308His293Tyr293Arg301

Arg301

In vivo 

図4. 哺乳類内在性色素を結合する長波長型光変換分子の分子機構と応用利用（A）BV を殆ど結合しない野生型の AnPixJg2（上）と BV を顕著に結合する改変型の AnPixJg2_BV4（下）の吸収スペクトルの比較。（B）AnPixJg2 と AnPixJg2_BV4 の色素結合効率（左）と発現効率（右）の比較。
色素結合効率は、タンパク質と色素のモル比から算出した値（平均値 ± 標準偏差）を示している。t 検定の結果、野生型と改変型の差は統計学的に有意であることが示された（n = 5、P < 0.01）。発現効率は、タンパク質を発現させた大腸菌の菌体量と精製画分のクロマトグラムの面積値の比から算出した値（平均値 ± 標準偏差、比較のために野生型の値で標準化）を示している。t 検定の結果、野生型と改変型の差は統計学的に有意であることが示された（n = 4、P < 0.01）。（C）PCB 結合型 AnPixJg2（PDB_ID：3W2Z）と BV 結合型
AnPixJg2_BV4（PDB_ID：5ZOH）の結晶構造の比較。色素の結合に重要なアミノ酸残基（灰色で表記）、変異導入前（薄いピンク色で表記）および変異導入後（濃いピンク色で表記）のアミノ酸残基をそれぞれ示した。
（D）BV を結合する改変型の NpF2164g5_BV4 の近赤外光の蛍光観察。哺乳類の細胞（上段）およびマウスの個体（下段）から検出した NpF2164g5_BV4 の近赤外光を示した。Fushimi et al., PNAS, (2019) より引用25)。

100

光合成研究 30 (2) 2020のアミノ酸残基が BV の結合に重要であること

ぞれのビリン色素を巧妙に取り込んでいることを特定した（図３L）。野生型の AnPixJg2 に対が分かった。

し て 、 こ れ ら の 箇 所 に 変 異 導 入 （ His293Tyr 、

このような構造情報から、4 アミノ酸の置換がPhe308Thr、His318Tyr、Ile336Val）を施した改変型のBV 結合能に広く寄与すると期待し、BV を結合

AnPixJg2_BV4 は BV を高効率に結合し、遠赤色しない他のホモログ分子にも変異導入を施した

光と橙色光で光変換を示すことを確認した（図４

ところ、いくつかの分子に対しては BV の結合A）。統計学的にも、AnPixJg2_BV4 は BV の結能力が付加された。Nostoc punctiforme PCC 73102

合効率およびタンパク質の発現効率が AnPixJg2に由来する NpF2164g5 は、PCB を結合するこよりも有意に高いことが示された（図４B）。

とで、光変換を示さない代わりに赤色光の蛍光を続いて、「なぜ、たった４つのアミノ酸残基を示すが 40)、改変した NpF2164g5_BV4 は、BV を置換するだけで、BV に対する親和性が向上する

結合することで、同様の性質を保ったまま近赤外のか？」という新たな疑問に至る。その分子機構

光の蛍光を示した。この特性に着目し、哺乳類のを解明するために、BV を結合した AnPixJg2_BV4

培養細胞およびマウス個体の肝臓で発現させたの結晶を作製し、X 線結晶構造解析によって分ところ、in vitro および in vivo のどちらの実験系

子構造を決定した（図４C）。PCB を結合するにおいても、生きた状態の細胞や組織から近赤外

AnPixJg2 の 分 子 構 造 とBV を 結 合 す る

光の蛍光を観測することに成功した（図４D）。

AnPixJg2_BV4 を比較した結果、光変換分子の色

この分子の蛍光量子収率は約４% であり、残念

素結合ポケット内部に保存される重要な Cys 残ながら、既存の近赤外光の蛍光分子と比べてその基（1st Cys または canonical Cys）とビリン色素

値は同程度か低く 57–59)、
現段階での実用性はさほが結合する位置が異なっており、PCB を取り込

ど高くないが、この分子にさらなる変異導入を施んだ場合は C31 位に、BV を取り込んだ場合はすことで、より明るい蛍光分子に改変できるので

C32 位に対して共有結合を形成していた。それにはないかと期待している。

伴って、色素の空間的な位置がずれていた。興味深いことに、PCB と比べて BV は色素結合ポ4. ユニークなシアノバクテリア・ Acaryochloris

ケットの奥側にずれているのにも関わらず、色素

marina がもつ短波長型光変換分子の結合に重要なアミノ酸残基（図４C の灰色の

前項では、幅広い波長領域で光感知を示す光変文字で表示）の配座は非常に似ていた。野生型の換分子の中で、PCB または BV を取り込むこと

４つのアミノ酸残基（図４C の薄いピンク色ので、赤色光 / 緑色光感知型または遠赤色光 / 橙

文字で表示）に対して、改変型のもの（図４C の色光感知型の光変換を示すものについて述べた

濃いピンク色の文字で表示）は、色素の近くの（図２A）。また、これらの分子の色素結合ポケッ

Arg 残基と協働的に作用し、空間的な位置のずれ

トの内部には 1st Cys が保存されており、それぞによって生じた立体障害を回避するとともに、新れのビリン色素を取り込むために重要であるこ

たな水素結合ネットワークを形成することでとについても述べた（図２B）。

BV を安定的に結合させていた。特に、野生型の光変換分子には、この 1st Cys とは別に、もうPhe308 と Ile336 は、その嵩高さが立体障害と一つの重要な Cys 残基（2nd Cys）が保存されてなって BV の結合効率を大きく低下させている、いるサブファミリーが広く存在する（図２C）

逆に言えば、改変型の Thr308 と Val336 は、そ

15,21,27,31,41,42,46)の嵩高さを抑えることで BV の結合効率を大き能が備わっている。１つは、色素結合ポケットにく向上させていた（詳細については、元の論文を取り込んだ PCB をフィコビオロビリン（PVB）

参考にされたい）25)。また、注意深く観察すると、に変換する反応を補助する機能である（異性化反その巧妙な相互作用によって、PCB および BV応）（図１B）。PVB は PCB と比べて共役系がの C 環上のプロピオン酸の配向を調整し、それ短いため（図１B）、PVB を結合する光変換分子101。この 2nd Cys には、主に２つの機光合成研究 30 (2) 2020
は、PCB を結合する光変換分子よりも短波長のの機能を合わせもち、PVB を結合することで、光を吸収する。もう１つは、光変換に伴って、ビ

青色光と緑色光で光変換を示すことが知られてリン色素の C10 位に対して可逆的な共有結合

いる（図３K、図５A–i）15,31,47,49,60)。一方、非典型を形成する機能である（脱着反応）（図２C）。

的な光変換分子として、どちらかの機能が欠如しこの反応によって、結合するビリン色素の共役系たものが知られている 27,41,42,46)。異性化反応を示が大幅に短くなるため、2nd Cys を結合した基底

さないものは、励起状態で黃色〜橙色の光を吸収状態では、解離した励起状態よりも極度に短波長し（図５A–ii）、脱着反応を示さないものは、基の光を吸収する。典型的な光変換分子は、これら底状態で黃緑色〜黄色の光を吸収する（図５A–

A

C

NH 2



>&(?

1.2
1.0

i

Pb
Pb

0.8

N

*
O

5*

-O

0.2

N

OH

O

/ <03

=3

O P

ATP

N
N

O
O

OH

O-

1.0

ii

Py

5*

O

1st Cys

0.8

cAMP

N
H

31

A NH

0.4

+HN

E

D

HN

SH

Pyg *-O

1st Cys
O

0.8

-O

S

31

0.6

10

B

0.4

SH

N
H+

HN

0.0

O

D

0

Z

2

3

4

5

"$;>?

25

0.0
5*

0.8

O

H
N

A

0.6
1st Cys

N
H

+HN

C
D

E

31
S

HN
O

2nd Cys

0.0
500

600

15
10

Pt

5
0

SH

700

Py

Pt



0.2

10

B

20



0.4

400

PVB

O

-O



Pt



iv

O

cAMP !9>µM?

Py
-O

1.2
1.0

1

2nd Cys

O

0.2

C

NH

A NH

0.2

PVB

O

cAMP
>,!)?

0.6
0.4

O

2nd Cysiii

260 nm

ATP
>4?

0.8

C

O

0.2

Pt

PCB

O

-O

10

B

S

0.6

1.0

NAD
>7&(?

Py
1.0

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.

>&(?


NH 2

8
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N

O

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OH

1.2

1.2
>&(?




N
N

0.4

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O-

0.6

1.2

>&(?

NOP O P O P O
O-

0.0



O

0

10

20

':>nm?

30

40

50

60

300

400

500

600

700

':>nm?

$;>?

B-

+%6#>*

Tyr
PCB
Thr
1st
Cys

10

31

Z

2/

Leu

PVB

His
1st
Cys

?

Tyr
PVB
Thr

His

31

Ser
1

1st
Cys

10
Z
2nd
Cys

+%6#>5*

PVB
Asn

His

#

1st
Cys

10

31

?

Tyr

31

Z
2nd
Cys

PVB
Thr

Tyr

10

10

10
E

Z
2nd
Cys

*

PVB

E
Val



Phe
#

5*

図5. 多彩な光変換を示す短波長型光変換分子の創出と応用利用（A）典型的な光変換分子と非典型的な光変換分子の吸収スペクトルの比較。（i）典型的な光変換分子（基底状態で青色光、励起状態で緑色光を吸収）。（ii）PCB の異性化反応を示さない光変換分子（励起状態で黄色
光〜橙色光を吸収）。（iii）2nd Cys の脱着反応を示さない光変換分子（基底状態で黄緑色光〜黃色光を吸収）。
（iv）D 環の捩れを示す光変換分子（trapped-twist と呼ばれる。励起状態で青緑色光を吸収）。非典型的な光変換分子の各状態におけるビリン色素の立体構造と共役系を示した。（B）光変換分子の色調節機構のモデル
図。AM1_1499g1 の解析を基に、異性化反応の制御、脱着反応の制御、基底状態および励起状態における環構
造の捩れの制御に関わるアミノ酸残基をそれぞれ示した。（C）黃色光 / 青緑色光感知型光変換分子を用いた
光依存性アデニル酸シクラーゼの活性測定。創出したキメラタンパク質と基質のアデノシン三リン酸（ATP）
を混合し、黄色光照射下（青緑色光感知型）または青緑色光照射下（黃色光感知型）で酵素反応を行った。反応後のサンプルから高速液体クロマトグラフィーによって生成物の環状アデノシン一リン酸（cAMP）を検出（上）し、反応時間ごとの合成量（下）を比較した。cAMP は、内部標準のニコチンアミド（NAD）を利用して定量した。Fushimi et al., PNAS, (2020) より引用26)。

102

光合成研究 30 (2) 2020iii）。また、2nd Cys の２つの機能とは別に、ビることで、黃色光と青緑色光で光変換を示した

リン色素の B–C 環平面に対して D 環部分を高（図３D）。野生型と比べて、“基底状態と励起状

度に捩ることで共役系の拡張範囲を制限し、吸収態の両方でブルーシフト（吸収極大の短波長側へ波長領域を短波長にシフトさせるものも知られの偏移）が起きているが、極度な偏移は起きてい21,27,41,42,46,61,62)。

ない”、“青緑色の光を吸収する”ことから、「異性環構造が捩れたものは、励起状態で青緑色の光を化反応」のみが付加され、「環構造の捩れ」は維吸収する（図５A–iv）。

持されていると考えられる。

ている（環構造の捩れ）（図５A–iv）

著者らは、A. marina に保存されている 2nd Cys

ところで、光変換分子１は、基底状態で黃色のをもつ光変換分子の機能を網羅的に解析し、典型光を吸収するが、これと同様の色調節機構をもつ的な青色光 / 緑色光感知型の光変換分子から非天然の光変換分子は、黃緑色の光を吸収する

典型的な青色光 / 橙色光感知型、黃緑色光 / 青27,41,46)

緑色光感知型、青色光 / 青緑色光感知型の光変の僅かな差（波長にして約 20 nm）が大きく映り、換分子まで、
様々な種類のものを同定してきた 27)。

その差を生み出す分子機構に興味が向かう。そこ

これらを解析する過程で、2nd Cys をもつサブで、結晶構造が明らかにされているファミリーに属するにも関わらず、その証とも言Thermosynechococcus elongatus BP-1 由来の PVB

う べ き 2nd Cys を も た な い 光 変 換 分 子 ・を結合する短波長型光変換分子・TePixJg47,49) のAM1_1499g1 を発見した（図３L）。著者らは、構造情報を基に、各光変換分子のアミノ酸配列を早速、解析を進め、AM1_1499g1 は、PCB を結合比較し、特異的なアミノ酸残基の抽出を試みた。

することで、橙色光と緑色光で光変換を示すこと

その結果、 AM1_1499g1 において特異的に Tyr、を明らかにした（図３C）。この光変換分子につThr となっている箇所が、他の光変換分子ではいて考察すると、2nd Cys の代わりに Ser をもつ

Leu、Asn として保存されていることを見いだしことから、「異性化反応」、「脱着反応」が起きた（図３L）。この Tyr / Leu 部位および Thr / Asnていないと考えられる（図５B）。また、励起状部位を変異導入（Tyr151Leu、Thr159Asn）した改変

態が青緑色光感知型となる光変換分子と近縁で型の光変換分子２は、PVB を結合することで、あることから、この分子は励起状態において「環黃緑色光と青緑色光で光変換を示すことを確認

構造の捩れ」が生じていると考えられる。これました（図３E）。つまり、元分子に対して、基底でに報告されていなかった、新たな分光特性をも状態のみが短波長側に偏移している。光変換分子

つ光変換分子を発見することができたといえる。

とビリン色素の構造から、Tyr / Leu 部位および。色調に執拗なまでに拘る著者らには、こThr / Asn 部位は、色素の D 環部分の捩れを調整
5. 多段階的変異導入法で創出した８種類の可視

し、Leu と Asn 残基の存在によって共役系の拡張

光感知型分子の色調節機構と応用利用範囲が制限されていることが示唆される（図５

AM1_1499g1 を含めた近縁の光変換分子は、B）。前項で述べた“捩れ”は、励起状態における「異性化反応」、「脱着反応」、「環構造の捩れ」

色調節機構であるのに対して、著者らが示したという３つの色調節機構の組み合わせによって“捩れ”は、基底状態における色調節機構であると多様化している。著者らは、この光変換分子の色言える。

調節機構を改変し、様々な光変換分子を創出する

続いて、2nd Cys の脱着反応が起きるものと起ことができれば、多彩な可視光領域で観察・制御

きないものには、どのような違いがあるのかを明可能な蛍光プローブや光スイッチの分子基盤にらかにするために、同様の方法で、特異的なアミなると考え、この光変換分子の変異導入に着手しノ酸残基の抽出を試みた。その結果、2nd Cys のた。まず、2nd Cys の代わりに Ser をもつ野生型

脱着反応を示す青色光 / 青緑色光感知型の光変の AM1_1499g1 に対して、Cys を復帰（Ser118Cys）

換分子において特異的に Tyr となっている箇所

させた改変型の光変換分子１は、PVB を結合すが、他の光変換分子では His として保存されて103

光合成研究 30 (2) 2020いることを見いだした（図３L）。この His / Tyr

緑色光感知型）に比べて、青緑色光照射下（黃色部位を変異導入（His147Tyr）した改変型の光変換光感知型）の方が約５倍高い活性を示した（図５

分子３は、PVB を結合することで、青色光と青C）。今回、著者らが検証した制御系は、ほんの緑色光で光変換を示すことを確認した（図３F）。

一例に過ぎないが、今後、様々な光変換分子と活光変換分子とビリン色素の構造から、His / Tyr 部

性分子を組み合わせることで、多彩な光スイッチ

位は、2nd Cys と共に色素の C10 位を挟むようを構築し、多波長光による制御系を創出することに配置されており、Tyr の嵩高さによって色素がが可能になるかもしれない。

2nd Cys の方向に押し込まれることで、共有結合
6. おわりにの形成が起こりやすくなっていると考えられる（図５B）。

著者らは、長波長型光変換分子と短波長型光変さて、ここまで４種類の光変換分子を得ること

換分子をそれぞれ基盤にし、構造情報と配列情報に成功したが、これらは、どれも励起状態においから合理的に変異導入を施すことで、光変換分子て「環構造の捩れ」が生じていると考えられる。

−ビリン色素間の親和性や色調節機構を改変する

この捩れは、D 環付近の高度に保存された Phe

ことに成功した。これら二つの改変は波長領域とによって制御されていると報告されている（図３

いう点で相補的であり、幅広い波長領域の光で観L）61,62)。そこで、この先行研究に従い、さらなる察・制御可能な蛍光プローブや光スイッチを創出

改変を試みた。野生型の光変換分子の Phe 部位するための大きなブレイクスルーになると期待を変異導入（Phe97Val）した改変型の光変換分子している。

４は、PCB を結合することで、橙色光と黃色光

本稿で書き綴るのは過分になるため、要点のみ

で光変換を示し（図３G）、改変型の光変換分子に留めるが、著者らは、長波長型光変換分子の中

１・２・３にその変異導入を施した光変換分子５・で、A. marina に由来し、短波長型光変換分子に６・７は、PVB を結合することで、黃色光と緑保存されているものとは別の 2nd Cys をもつ光

色光、黄緑色光と緑色光、青色光と緑色光でそれ変換分子・AM1_1186g2 を発見しており、PCB を

ぞれ光変換を示すことを確認した（図３H–J）。

結合することで、赤色光と青色光で光変換を示す

それぞれの元分子と比べて、“励起状態のみでことを明らかにしている 34)。この光変換分子にレッドシフト（吸収極大の長波長側への偏移）が“BV4”変異を導入しても、BV 結合能を付与させ起きている”ことから、「環構造の捩れ」が緩和

ることはできなかったが、別の戦略から変異導入

されていると考えられる（図５B）。以上をまとを施すことで、BV の結合能を大幅に向上させる

めると、多段階的変異導入によって、３つの色調

ことにも成功している 53)。また、短波長型光変換節機構を巧みに組み合わせ、１つの天然分子から分子の中で、Cyanothece sp. ATCC 51142 に由来

８種類の光変換分子を得ることに成功した（図３

し、色素を安定的に取り込むために必須の 1st

C–J）。

Cys をもたず、2nd Cys のみをもつ cce_4193g1

最後に応用面に焦点を当て、これらの光変換分を発見しており、結合している色素種は不明であ子が、光スイッチの分子基盤となり得るのかを検るが、黃緑色光の強度を感知することを明らかに証するために、以前、著者らが開発した光依存性している 23)。この光変換分子は新規性が高いた

アデニル酸シクラーゼを基盤にしたキメラタン

め、これまでの構造情報から、「1st Cys に代わっパク質の作製を試みた 24)。
これまでに様々な光スて 2nd Cys が“どのような色素”を“どのように結イッチが開発されてきた中で63–72)、
未開拓の黄色合”しているか」を予測するのは極めて難しい。

光と青緑色光の波長領域に着目し、黃色光 / 青

現在、この詳細な分子構造を明らかにするために、

緑色光感知型の光依存性アデニル酸シクラーゼ

この光変換分子の結晶を作製し、精力的に解析をを創出した。黄色光および青緑色光を照射しなが進めている。

らその活性を測定したところ、黄色光照射下（青104

光合成研究 30 (2) 2020
これまでに様々なシアノバクテリオクロムか

photochromic histidine kinases using a biliverdinら多彩な光変換分子の分光特性が明らかにされchromophore. Nature 414, 776–779.

てきたが、構築されてきた情報と常識に捕らわれ

6.

Burgie, E.S., Bussell, A.N., Walker, J.M., Dubiel, K.,ない発想を駆使することで、未だに発掘されていand Vierstra, R.D. (2014) Crystal structure of theない新規の光変換分子を発見できるのではない

photosensing module from a red/far-red light-

かと期待している。さらに、その色調節機構を明absorbing plant phytochrome. Proc. Natl. Acad. Sci. U.

らかにし、基盤を拡張することができれば、研究

S. A. 111, 10179–10184.

者の目的や需要に合わせたテーラーメイド型の

7.

Eichenberg, K., Bäurle, I., Paulo, N., Sharrock, R.A.,

蛍光プローブや光スイッチを創出することも可

Rüdiger, W., and Schäfer, E. (2000) Arabidopsis

能になるかもしれない。

phytochromes C and E have different spectral
characteristics from those of phytochromes A and B.

謝辞

FEBS Lett. 470, 107–112.

本研究は、JST・CREST（JPMJCR1653）、科研

8.

Essen, L.-O., Mailliet, J., and Hughes, J. (2008) The

費若手 A（26702036）の支援のもとに行われた。

structure of a complete phytochrome sensory module

また、本稿で紹介したシアノバクテリオクロム関

in the Pr ground state. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

連論文の共著者の皆様に厚く御礼申し上げます。

105, 14709–14714.
9.

Park, C.-M., Shim, J.-Y., Yang, S.-S., Kang, J.-G., Kim,

Received Aug 1, 2020; Accepted Aug 8, 2020; Published Aug

J.-I., Luka, Z., and Song, P.-S. (2000) Chromophore−

31, 2020.

apoprotein interactions in Synechocystis sp. PCC6803
Phytochrome Cph1. Biochemistry 39, 6349–6356.
10.

Rockwell, N.C., Duanmu, D., Martin, S.S., Bachy, C.,

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red/green-type

AM1_1870g3

from

the

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108

光合成研究 30 (2) 2020
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Keiji Fushimi, Rei Narikawa
Department of Biological Sciences, Faculty of Science, Shizuoka University109

光合成研究 30 (2) 2020

解説
非天然カロテノイド生合成経路の進化分子工学‡

千葉大学 大学院工学研究科
梅野 太輔*
光合成におけるカロテノイドの重要性はよく認識されている 1,2)。生物界には 1000 を超えるカロテノ
イドが知られるが（高市による解説（本誌 77 号）3)に詳しい）、光合成に関わる機能を担っているものは、そのうちごく一握りである。しかし光合成細菌の各種カロテノイド変異体の研究によって、光アンテナ複合体は柔軟に異種のカロテノイドを受け入れ、その光合成マシナリーのデバイス特性を変化させることがわかってきた。もし自然界のカロテノイド色素よりも優れた「超天然」カロテノイドを部材として供給できれば、生物の光合成機能を最小限の工程で飛躍させることが可能かもしれない。
本稿では、著者らが行ってきた「非天然骨格カロテノイド」の生合成工学の試みを紹介する。有機合成法に比べると、生合成ルートの工法は未成熟かつ不自由なものであったが、その状況は次第に改善されつつある。進化分子工学を繰り返すことによって、自然界には見られない様々な分子骨格をもつカ
ロテノイド色素の生合成ルートが次々に開通しつつある。これらの経路は、生きた細胞の中で、光合成
マシナリーに直接非天然カロテノイドをフィードできるため、光合成マシナリーの物性解析のための、
そして光電デバイス性能の積極的なチューニングのための有効なツールになるものと期待される。
1. 光合成におけるカロテノイド

太陽光エネルギーを無駄なく吸収するためには、カロテノイドなどの光合成色素が必要である
4)。クロロフィルには 500 nm 付近（青緑色）に吸収がない。カロテノイド色素は、この吸収波長帯の光エネルギーを吸収してクロロフィルに伝達する補助集光機能のほか、光障害に対する保護機能を担う 5)。いずれにせよ、光合成におけるカロテノイドの役割は大である。
カロテノイドは、共役した複数の二重結合が分子骨格沿いに並ぶ、アスペクト比と疎水性の高い
有機化合物群である（図 1）。これらは、光の吸収効率が高い反面、励起寿命が極めて短い。この短い励起状態のあいだに光エネルギーを光合成中心に伝えることができなければ、カロテノイドの吸収した光エネルギーは熱に変換されてしまう。つまり、光合成マシナリーには、カロテノイ

図1. 光合成にかかわるカロテノイドたち‡

解説特集「光合成生物に関連する分子の開発」*連絡先 E-mail: daisuke.umeno@gmail.com

110

光合成研究 30 (2) 2020
ドの吸収した光を素早く中心部に伝達するため

これら一連の研究が示すのは、の仕組みが備わっていなければならないものと(1) 生合成経路さえ用意すれば、光合成マシ

想像される。
そのためであろうか、カロテノイドデータベー

ナリーの中に新規なカロテノイドを滑り

6)

ス にエントリーされる 1,195 種（2020 年 6 月 1

込ませることができる日現在）ものカロテノイドのうち、光合成に関(2) 新規カロテノイドを抱き込むことで、光わっているものは非常に少ない。酸素発生型光合

合成マシナリーの物性が大きく変わる、

成生物の光反応中心やコアアンテナ系に組み込

そして特に重要なのは、まれている色素は、ほぼβ-カロテン（1）一つに(3) この方法で再構成される光合成マシナ

限られている。周辺部のアンテナ複合体には、ルリーのデバイス物性は、ほぼ一義的にカテイン（2）、ビオラキサンチン（3）、ネオキサ

ロテノイド色素側の光化学物性のみに

ンチン（4）、フコキサンチン（5）など、ある程よって決まる、

度多様な色素が結合できるようである。
多くの光合成生物において、カロテノイド生合ということであろう。カロテノイドの物性や機能成は必須であるが、少なくとも 2 種類の紅色光合と分子構造の関係については多くの研究があり、成細菌（Rhodobactor sphaeroides や Rhodospirillum

我々は、もとめる物性を実現しそうなカロテノイ

rubrum）においては、カロテノイド欠損変異体がド構造を、まずまずの予測性をもって描くことが知られている。これらカロテノイド変異株は、強できる。これまでに、自然界のカロテノイドのラ

光ストレスに対する感受性が極端に高まるもの

インナップの物性範囲を逸脱した様々な非天然の、弱光の下では光合成的に成長できる。遺伝子

カロテノイドがデザインされ、有機合成されてき操作などによってこれらのカロテノイド生合成

た 12–15)。もし、これら「超天然」カロテノイドを経路を変更すると、光アンテナは、野生型のもの生合成することができるようになれば、生きた細とは異なるカロテノイド色素でも、それらを構成胞の中で、光合成マシナリーに直接組み込むこと

因子として組み上がる柔軟性があるという 7,8)。

ができるはずである。

今までに様々なカロテノイド生合成改変株が作
2. 天然カロテノイドの生合成経路

出されてきたが、生合成されたカロテノイドはど
れも、光アンテナ系に組み込まれ、バクテリオク

光合成生物に限らず、カロテノイドは様々な生

ロロフィル（BChl）へのエネルギー伝達も観察さ物に見られるが 6)、種によらず、カロテノイドのれた 9,10)。最近、R. sphaeroides のカロテノイド生

生合成経路は共通している 16,17)。

合成経路を改変した株がシリーズで作出され、そカロテノイド色素は、イソプレノイド（テルペ

れぞれの株が形成する光捕集複合体（LH2）の物

ノイド）のサブファミリーである。炭素数５のイ性が比較調査された

11)。
共役二重結合の数が増え

ソペンテニルピロリン酸（IPP）ユニットが４つるにつれ、カロテノイドの励起エネルギーは下縮合して作られるゲラニルゲラニルピロリン酸

がってゆく。これを反映して、カロテノイドから（C20PP）を建材とし、その最初のステップは、のエネルギー移動効率は直線的に低下してゆき、

C20PP の２分子縮合によるフィトエン（7）という共役二重結合の数が 13 を超えたところで、エネ

C40 骨格の直鎖状炭化水素の合成である（図 2）。

ルギー移動は観察されなくなった。これは、カロ

このフィトエンは、不飽和化酵素（デサチュラー

テノイドの励起状態のエネルギーが、BChl の一ゼ）によって段階的に不飽和化される。この際、重項励起状態を下回ったからである。共役二重結

長い共役二重結合が形成されるので、色素として合の数が 15 のカロテノイド（ジケトスピリロキの基本的特徴は、この段階で与えられる。これら

サンチン（6））は、BChl 一重項のクエンチャーの直鎖カロテノイドは、末端の環化や酸化、エス

としての機能のみを示した。

テル化、部分切除など、数々の修飾反応によって、111

光合成研究 30 (2) 2020
何百種類もの様々なカロテノイドに変換される

部分、骨格合成から不飽和化までは、種を超えて（図 2）。

ほぼ共通している。

自然界には多様なカロテノイドが見つかって3. 誰がために、新種カロテノイド？

いるが、その分子多様性のほとんどは、リコペン
やβ-カロテンなど、少数のカロテノイドの部分

カロテノイド経路を見て感じるのは、どうして修飾によって生み出されている。この「末広がり」

カロテノイドには、これほどたくさんの種類があ

な経路のありようを、Armstrong らは、「Inverted

るのか、という疑問である。認定されているカロ

Tree」と表現した

18)。たしかに、共通する上流ス

テノイドの機能は、光捕集、光障害からの保護、テップ（骨格形成および不飽和化）を幹、多様な

抗酸化、色素としての機能、くらいのものである。

修飾ステップを枝葉とすれば、カロテノイド経路

それなのに、なぜ 1,000 超ものカロテノイドを、は、広葉樹を逆さにしたような構成である。幹の自然界は発明し、保持し続けているのか。はたして、次々に見つかる「新種」「珍種」カロテノイ

図2. 自然界のカロテノイド生合成経路

112

光合成研究 30 (2) 2020
ドひとつひとつに、明快な存在理由（それだけが付加して C45〜C50 カロテノイド骨格を創る例も持つ特殊な生理活性）は、あるのだろうか？

ある 25,26)。

この素朴すぎる疑問は、二次代謝物経路（天然

このような非 C40 カロテノイドには、オーソ物経路）の専門家の間でも長らく議論されてきたドックスなカロテノイドとは異なる物性が宿るようである。Jones と Firn の Screening 仮説

19)にことが知られている。もともと、カロテノイドのよれば、植物や微生物も、自己の生存を有利にす

両端に親水基を付加すると、細胞膜の中で膜平面る新しい生理活性をもとめ、製薬会社よろしく、に対して垂直配向し、細胞膜をリベットのように自前の「化合物スクリーニング」を続けていると力学的に補強すると言われていた 27)。
しかし細胞いう。気の利いた生理活性をひとつ見出すために膜の膜厚 28)と比較すると、C40 骨格のカロテノイ

は、無数の化合物をシステマチックに試作する必

ドの両端についた親水基が細胞膜両面から顔を要がある。この理論によれば、天然物経路には、出すにはわずかに尺が足りないことがわかる（図

少ない手数（進化的操作）によって新しい代謝物

3A）。C5 ユニット分の伸長によって初めて、余を生み出す何らかの仕組みがある。そして自然界裕をもってしっかり貫通したかたちで、細胞膜のにみられる多くの天然物は、より良い生理活性を「リベット補強」は可能となるのではないか。実

求めて作り散らかされたスクリーニング中間体

際、高度好塩菌 Haloarcula japonica は、リコペン（有象無象）でしかなく、ひとつひとつの天然物

への C5 付加酵素をノックダウンすることによっに特段の価値はない。もし、同じことがカロテノて、その浸透圧変化への耐性を著しく失うというイド経路にも言えるならば、新しい構造をしたカ

25

ロテノイドを見つけたとしても、それは「未来のな例と言えるかもしれない。

。つまりこれは、「C40 骨格じゃあ、だめです」

高性能カロテノイド」をもとめて試作された「失敗作」「妥協作」の一つにすぎないかもしれない。
2000 年に我々は、「実験室進化によって生み出された、初めての非天然カロテノイド生合成経路」と銘打った論文を発表したが 20)、
上の視点に立てば、ここで創った化合物（8,9）は、「またひとつ増えた出来損ないの」カロテノイドでしか無かったろう。
異種カロテノイド酵素の組み合わせ 21)、あるいは一つのカロテノイド酵素の進化工学 22)で造る以上、その新規カロテノイドに期待できる
新規性・進歩性は Marginal なものであるに違いない。自然界は何度もそれを発見したが、都度、それを採用しなかったのである。
4. 「C40 骨格じゃなきゃだめですか？」
次々に見つかり記述が増えてゆく新しい「枝葉」を目の当たりにすると、カロテノイド経路が、相当なエフォートをもって、分子多様性を生み出し続けているように思えてくる。なかには、炭素骨格の一部を経路の後段において切除してサイズ
図3. 課題は尺にこそダウンしたり（アポカロテノイド）23,24)、色素化（不飽和化）後のカロテノイドに C5 ユニットを113

光合成研究 30 (2) 2020
5. 目標と生合成ルートの設定

C15PP の二分子縮合によってつくられた C30 骨格

ならばいっそのこと、C50 骨格を生合成の幹と型のフィトエン（ジアポフィトエン）を不飽和化する生合成の樹をつくっても良いのではないか。

して小ぶりなカロテノイド色素を合成するもの

天然カロテノイドの生合成は C20PP を原料としがしばしば見つかる（図 2）。C40-Tree に比べれてつくるフィトエン(C40 骨格由来)と決まっていば少ないが、すでに 30 を超える C30 カロテノイ

るが、微生物の中には、乳酸菌やブドウ球菌など、ドが自然界に認められている。C15PP を建材とす

図4. C50-カロテノイド経路の構築：C40経路の「リデザイン」

114

光合成研究 30 (2) 2020
る C30 骨格カロテノイド経路が自然界にあるならそこで、自然界の Blockbuster ともいえるエリー

ば、C25PP や C30PP を建材とする C50-Tree や C60-

トカロテノイド、アスタキサンチンの C50 タイプ

Tree を作り出すことは、生化学的には可能なはの生合成を目指すことにした（図 4）。この生合ずである。

成のルート設定はごく単純なものである：(i) 基

また、カロテノイドの色素としての性質を決め質（C25PP）合成、(ii) C50 骨格合成、(iii) 6-step 不るのは、骨格沿いに並ぶ共役二重結合の数（ポリ飽和化、(iv) 環化、 (v) 3―ヒドロキシル化、(vi)

エンのサイズ）であった。共役二重結合の数が多ケト化、の 6 酵素による合計 14 ステップの経路

いほど、吸収波長は長くなる。C40 カロテノイド

で C50-アスタキサンチンである。そのすべてが新骨格には最大 15 個の二重結合を並べることがで

規活性であるが、一つ一つの酵素ステップは、自きる（図 3B（9））。自然界のカロテノイドは、然界に存在する C40 アスタキサンチン経路とは、その不飽和化度を 7〜15 の間で変化させ、レモン

サイズ選択性だけが異なる。
「ミラー経路」と言っ色〜深赤色までの様々な色を C40 骨格の上に実現て良いだろう。自然界のアスタキサンチン生合成している。

遺伝子のサイズ特異性を改変することによって、共役二重結合の数は、カロテノイドの抗酸化性

ひとつひとつ入手できるはずである。

能においても、大きな決定因子である 29)。しかし、直鎖状のカロテノイドは不安定であるため、

6. カロテノイド生合成酵素の進化分子工学

自然界の多くのカロテノイドは、β-カロテン（1）大腸菌や酵母も、イソプレノイドの主幹経路はのように、末端が環化された構造を有している有するので、C15PP の合成までは宿主細胞に任し（図 3B）。環構造の作り込みは、耐光性と酸化てかまわない。この C15PP にあと 2 つのイソプレ剤耐性を確保する上で、譲れない構造要素である。

ン（C5）ユニットを付加すれば、C25PP 合成は叶

一方で、この末端環化は、共役系を曲げてポリエう。しかし、案外これが手に入らない。我々は、ンの吸収波長を短波長シフトさせてしまう 30)。
β超好熱菌から発見された C25PP 合成酵素 31)の大環の 4 位を keto 化して共役型を許されるギリギ

腸菌発現を試みたが、その細胞活性は低く、代謝リまで拡張したのがアスタキサンチン（10）であ経路の構成要素として使うには不適と判断した。

る 30)（図 3B）。抗酸化剤としての高い性能とタ

そこで、中度好熱菌の C15PP 合成酵素（FDS）のフさを両立させた、恐らくは C40 カロテノイドにサイズ変異体（FDSY81A）32)を大腸菌に発現させた実現しうる最良の構造といって良いのではない

ところ、若干量の C25PP 蓄積が見られた。このか。

C25PP 建材の供給量を更にアップするために、これらをふまえて我々が計画したのは、C50 骨

FDSY81A の更なる改良のための進化工学を行った

格のカロテノイド生合成経路である（図 4）。も（図 5）。
まず FDSY81A を鋳型とした変異誘導 PCR

し、C50（11）や C60（12）骨格を直接生合成でき法を行い、一つあたり平均 2~3 のランダムな塩基るならば、それぞれの骨格の上に、最大 19 およ置換を導入した。

び 23 の二重結合を並べることができる。このサ

こうして得られる「FDS ライブラリ」の中には、イズならば、末端に環構造を配置しても、十分な親より高い C25PP 合成活性をもつ変異体がある

サイズの共役二重結合数がかせげる。これら新しかもしれない。ただし、C25PP 合成活性を直接ハい生合成の樹を繁茂させることによって、黄〜赤イスループットに検出するのは困難であるので、に限定されていたカロテノイドの色域を、紫や青C20PP の消費活性を指標にして、その活性を間接まで拡張できるかもしれない。これらのいくつか的にスクリーニングした。C25PP の生合成はは、すでに有機合成され、天然カロテノイドを明C20PP への C5 ユニットの追加によって実現する。

確に凌駕する抗酸化機能を持つことがわかってこの活性を優位に向上させた FDS 変異体は、共

いる

29)

。

存するリコペン合成経路から、共通の建材である
C20PP を奪うため、リコペンに由来するコロニー

115

光合成研究 30 (2) 2020

図5. C20PP → C25PP活性の進化工学の色が消滅するはずだ。つまり、周囲よりもよりたのである。自然界には C30 カロテノイド経路と色の薄いコロニーを「つつく」ことによって、C40 カロテノイド経路が存在し、いずれも専門の

C25PP 合成活性の向上した FDS 変異体が得られデサチュラーゼを持っている。つまり、この 2 つるわけである。実際に、数千のコロニーの中から、の骨格形成は、コロニー色で可視化できる。「よ複数の変異体が得られた。この第二世代の FDS

り大きなカロテノイドを受け入れさせるための変異体を発現すると、大腸菌内の細胞内に蓄積すヒント」を得るために、あえて C30 カロテノイド

るプレニル 2 リン酸の殆どは C25PP となった

33)。

酵素を出発点とし、それに C40 カロテノイド骨格

なお、ここで作られた「原料消費スクリーニング」

合成能を付与するアミノ酸変異を特定しようとは、生産物の種類にかかわらず、カロテノイドとしたのである。都合 6 ラウンドの進化工学によっ原料をシェアする様々なテルペン・イソプレノイて、CrtM の構造を壊さずサイズ特異性をシフト

ド酵素の活性改良に利用できる 34,35)。実際に様々させる部位をなんとか 3 つ見出すことができた。

なテルペン環化酵素の活性改良に本系は使われこれらを組み合わせることで、C25PP を効率的にている

36,37)

二分子縮合し、C50 骨格を与える CrtM 変異体が。

もう一つの重要な課題は、2 分子の C25PP を縮得られた。

合して C50 カロテノイド骨格をつくるステップを

カロテノイドに色素としての性質を与えるの造ることである。我々は、ブドウ球菌に由来する

は、骨格に共役二重結合を導入するデサチュラー

C30 骨格合成酵素 CrtM のサイズ選択性の進化工ゼが必要である。天然の不飽和化酵素を上記の学 38–41)に取り組んだ。

C50 カロテノイド経路に追加発現させたが、不飽読者の中には、「C50 骨格をつくるのに、どう

和化産物はほとんどみられなかった 42)。
今もなおして C40 骨格酵素ではなく、C30 骨格合成酵素を

我々は、C50 カロテノイドを色素化できる酵素を出発点に選んだのか？」と思われる方がいらっ

様々な種から探索しているが、未だにひとつも見しゃるかもしれない。これには技術的な理由があ

つかっていない。しかたないので、CrtI の C50 カる。我々は、どうしても、C50 骨格の合成活性をロテノイド経路における進化工学を行った。その直接スクリーニングする方法を思いつかなかっやり方は単純である：CrtI のランダム変異ライブ

116光合成研究 30 (2) 2020
ラリを C50 骨格の合成経路を導入した大腸菌に導我々は、上で作出したカロテノイド酵素変異体

入し、いろづく細胞を探すのである。様々な苦労をさらに進化させ、新反応「だけ」しかできない（後述）の末、C50 骨格を高い効率できっちり 6

酵素変異体の取得に挑戦しているが、それが新規

ステップ不飽和化する変異体をひとつだけ得た。

活性の取得ほど簡単ではないことを、身を持ってこうして、C50-リコペンの生合成経路までが開通学んでいるところである。おそらくこの事情は、した。

自然界の生合成進化でも同じに違いない。新規経

この先 C50-アスタキサンチン生合成までは、あ路の発見は、一夜で起きる突然の出来事である。

と 3 酵素・6 ステップである。しかしご安心いた

酵素進化の大多数のエフォートは、新機能の発見

だきたい。この先は、進化工学は不要である。自ではなく、新たに生まれた生合成経路に十分な特然界から借用したアスタキサンチン合成酵素

異性と効率を与えるためにこそ、費やされている

CrtY、 CrtZ、 CrtW を無改造で追加共発現させのだろう。このことを考えると、遺伝子やアミノるだけで、C50-アスタキサンチンの合成は可能で酸配列のみによる酵素機能の推定には、その精度あった 33)。結局、図 4 に示した 16 ステップからにおいて限界があるように思えてくる。

なるルートは、たった 3 つの酵素の進化工学で
7. カロテノイド経路の特異性進化

あっさり揃ったことになる。スクリーニング仮説を唱えた Jones/Firn 博士は、天然物生合成経路の上例のように、今日発表される「新規酵素活性」

高い進化能を保証するために、二次代謝酵素の特のほとんどは、もとの酵素の特異性を低下させて異性は許される限り低いはずだと予言した 19)。
少無理やりこじ開けたものである。人工生合成経路

なくともカロテノイド生合成酵素については、この実装において、これは頭の痛い問題である。すの予言は当たっている。カロテノイド経路の下流

なわち、生合成デザインにおける作文自由度が高に位置する（Inverted Tree の枝をなす）
酵素群は、まるにつれ、そしてデザインした経路が多段階にカロテノイド基質の局所構造だけを認識する性なるにつれ、このような方法でつくった酵素変異

質をもつため、認識すべき局所部位さえ存在すれ

体は、生合成パーツとして使いづらい。我々はこば、どんな新しいカロテノイドも基質として作用のプロジェクトにおいて、ただ酵素活性を集める

する 16)。

だけでは、どうにもならないことを、身を持ってまた、酵素が元来持つ「進化能」（＝アミノ酸体験することとなった。

置換によって新たな機能を獲得する傾向）の高さ

我々は、作ったすべての生合成酵素を共発現しも、指摘しなければならない。そもそも、新しいたが、大腸菌には痕迹量の C50-β-カロテンさえ

酵素活性を創出する、とはどういうことであろう

も蓄積しなかった（図 6A）。特異性の低い 6 種

か。化学触媒に対する酵素の際立った特徴のひと類の酵素（および酵素変異体）の共発現は、無数

つは、その反応特異性の高さにある。そして酵素の副活性の組み合わせによるウエブ状の経路をを構成する多くのアミノ酸残基は、細胞内に浮遊形成し、与えた前駆体がこのウエブ状経路に吸いする基質と似て異なる擬基質に作用「しない」た

込まれ、目的の C50-カロテノイドまで届かないのめに費やされている。酵素が変異によって新しいである。本経路の場合、6 つの酵素の理論上 900

人工基質を受け入れた瞬間というのは、酵素の美超の化合物を与え得る 33)。
自然界に知られる全カ点である「じゃない分子」を排除するメカニズム

ロテノイド数に匹敵する Nodes を持つネットの部分破壊の瞬間と言って良い。本セクションでワークの中のただ 1 点に代謝フラックスを筆者が「できた！」とよろこんで見せた新規酵素

フォーカスできて初めて、C50-アスタキサンチン

活性とは、進化時間の中で酵素が獲得してきた特の選択的な生合成ができるわけである。

異性を一部取り崩させて得た「退化」「半落ち」

当初我々は、C50 骨格だけをつくる CrtM 変異の所産というべきである。酵素を、化学触媒に一体の開発に取り組んだ。さらに５世代の変異／淘歩近づけたわけである。

汰サイクルを繰り返し、CrtM のもつ C30 合成能

117

光合成研究 30 (2) 2020

図6. Metabolic Band Pass効果でをほぼ消し去ることができた。しかし C40 機能を

そこで我々は、それぞれの生合成パーツに特異

消そうとすると、こんどは新たな副産物、C55、性を求めることを諦め、FDS と CrtM のサイズ変C60 カロテノイドの合成能が高くなってしまうの異体の掛け合わせによって、「チームで特異性を

43)。我々は、CrtM のサイズ選択性を「シ出す」ことにした。具体的には、FDS と CrtM にフト」させることはできても、狭めることは今日

ついて、基質選択性に関与する 3 つのアミノ酸変に至っても成功していない。建材供給酵素（FDS

異を選び、これらの組み合わせ 23＝8 種の変異体変異体）についても事情は同じであった。

を、それぞれに対して用意した。8 種の FDS 変異

である

この特異性改良の難しさは、生合成リデザイン

体と 8 種の CrtM 変異体を総当たり的に共発現さ学上の大きな課題のひとつである。多世代にわせ（8×8 = 64 通り）、細胞に蓄積するカロテノ

たって進化分子工学サイクルをうまくまわせば、イドのサイズ分布を調べた。多くの組み合わせで親が持っていたオリジナルな機能を消し去るこは、複数のカロテノイド骨格の混合物が得られたとは可能である

44,45)。しかし、これらの例においが、組み合わせによっては、C50 カロテノイドをてさえ、ある一つの機能に特化した、副反応の全

ほぼ単一の産物として与えるものもあった。

くない酵素をつくり出したわけではない。我々は

最初我々は、最も C25PP 供給力の高い FDS 変「それしか触媒しない」真に選択的な酵素の開発

異体と最も C50 合成活性が高い変異体を掛け合わ法を知らないし、そもそも、厳密に一つの化学反せていた（図 6B）。しかしこの場合、それぞれ

応のみを触媒できる酵素が存在し得るかどうかの副活性によって、C35、 C40、 非対称 C40、 C45

も、明らかではないのである。

などの様々な骨格ができてしまう。この状態で下流酵素を追加発現すると、ウエブ状経路が生じて118

光合成研究 30 (2) 2020
しまうのだ（図 6A）。対して、C50 特異的な酵素

な酵素が数多く見いだされる。我々は上の C50-リ

ペアでは、互いの不完全性を、互いに補完しあう

コペン経路を起点とした酵素のコンビナトリアようである。たとえば図 6C のペアの場合、FDS

ル生合成によって、イプシロン環を持つ C50-カロ

変異体が C25PP に加えて不要な C30PP も作ってしテノイド 46)、糖化型 C50-カロテノイドや 2-OH 型

まうのであるが、下流の CrtM 変異体が C30PP をの C50- β カ ロ テ ノ イ ド 類 47) 、 C5- 付 加 し た

受け入れないため、
C55 や C60 経路は所持しない。

C60(50+5+5)骨格カロテノイド 48)など、様々な C50

いわば CrtM 変異体は Low-pass フィルタの様なカロテノイドがほぼ想定通りに作れることを確役割を果たすわけである。対して CrtM 変異体は認している。

C25PP 以外にも、C15PP や C20PP にも作用してし自然界は、フィトエン（C40）というただ一つのまう。しかし協働する FDS 変異体が副反応の原分子を出発点として、1,000 を超えるカロテノイ料（C15PP や C20PP）を渡さないため（High-pass）、ドを生合成する（図 2）。すでに知られる何百も細胞内で起こるのは C50 骨格形成のみになるのでのカロテノイド修飾酵素を組織的に試せば、C50ある（図 6D）。結局、それぞれが特異性におい生合成の Inverted Tree は、さらに数百種類の新規て完璧ではない酵素も、上・下流のペアリングがカロテノイドを擁する大きなものに成長するはよければ、2 者がつくる「生合成モジュール」とずである。

して、極めて高い特異性を発揮できるわけである。
9. おわりに〜 Chemo-mimetic Biology？

上のような「お手軽進化」による生合成経路の特異化は、自然界の生合成経路も、少なくともそ

以上、C50 骨格カロテノイド経路を開通させるの進化の初期において、多用されたのではなかろための工程を、細々と説明させていただいた。こうか。一見特異的に見える天然のカロテノイド合のプロジェクトは、計画（図 4）そのものは単純

成経路も、それをなす個々の酵素を取り出して調なものであった。しかしその実現の道程には、当べると、さほど特異的ではないことが多い 16)。

初想像していなかった技術課題がいくつも現れチームワークによって確度の高い仕事ができる

我々を苛んだ。さながらトンネル掘削現場のようのなら、わざわざ個々の部品に膨大な建設コストに、それら一つ一つに対処するうちに、(1) 人工をかけて特異性を創り込むこともない。個々の酵オペロンと宿主の代謝ネットワークを仲良くさ

素の多機能性（＝優柔不断）を温存したまま経路せる方法 49)、(2) 新規経路の中間体が思わぬ細胞を特異化できるのなら、新しい化合物を発掘する

毒性を持つ場合の対処法、などを学んだ。なかでという、代謝経路のもう一つの役割を果たすうえも本稿で述べた、(3) 自然界にない酵素活性をどでは、むしろ有利な戦略といえる。

う迅速に揃えるか、(4) 特異性の不足した生合成パーツ（酵素）で特異性の高い経路をどう作るか、

8. 「逆樹 (inverted tree)」を繁茂させる：多様性という 2 課題は、長いステップの生合成建設を目の進化指すときに初めて、解決を強いられるものであり、ひとたび特異的な主幹経路ができれば、その枝

我々はこの過程を大いに楽しんだ。上で提案した

葉の拡張、多様化は簡単である。上述の CrtI 変異「代謝バンドパス」技術（図 6）によって、C35-、

体、CrtY、 CrtZ、 CrtW）を追加発現しても、もC40-、 C60-カロテノイドの選択的な生合成も実現

はやウエブ状経路は現れなかった。我々は、追加している。さらに我々は、様々な非天然サイズを発現する修飾遺伝子を変化させるだけで、C50-βもつ「非 C30」トリテルペン経路の選択的な生合カロテン（図 7）、C50-ゼアキサンチン、C50-カン成経路にも成功しているが、ここでも「代謝バンタキサンチン、C50-アスタキサンチンなどの生合ドパス」技術は不可欠であった。途中でフォーカ成が、高い選択性と効率をもって実現できた。

シングしなければ、生合成経路はすぐに無数の副二次代謝経路には、基質の部分を認識し、それ反応の組み合わせによるウエブ状の経路を形成さえ満たせば何にでも作用できるフレキシブル

119光合成研究 30 (2) 2020

図7. C50骨格カロテノイドの生合成Treeする。経路の特異化は、経路が届き得る生合成ス

ま、カロテノイドが帯び得る光物性・物理物性のテップ数を確保するためにも、極めて重要である

拡張を意味する。最近の研究によれば、光合成マというのが、この数年で一番重要な学びであった。

シナリーが non-native なカロテノイドをしばしば

図 8 に示すのは、2020 年 6 月現在に我々が生受け入れ、そのデバイス特性を変化させる。我々合成できるようになっている非天然カロテノイ

は、すでに 50 近い新種カロテノイドの生合成をド骨格の生合成経路である。いまのところ、＞C60実現しているが、これらのつくるカロテノイドの骨格を持つカロテノイドを不飽和化する酵素が中には、光合成マシナリーに受け入れられるもの

見つかっておらず、Inverted Tree の確立には至っもあるのではないか。あるいは、少々無理強いていない。しかしそれよりも小さな骨格サイズを（Engineering）すれば、非天然骨格をもつ「超天持つ経路は、すべて色素化できる。これらひとつ然」カロテノイドを光学素子とする光合成研究がひとつが、C50 経路（図 7）のように、遺伝子のできるのではないか。

mix & match によって分子多様性を獲得できる幹

我々は、これまでに 50 近い新骨格カロテノイになるのであれば、自然界にない何千もの新規カドの生合成に成功しているが、今日現在、これら

ロテノイドが作れると期待される。カロテノイド

はどれひとつとして、カロテノイドデータベースの機能・性能は、共役二重結合の数や分子構造にには載っていない。おそらく、自然界から直接見立脚するものであり、骨格サイズの拡張はそのまつかってないからだと思われるが、我々は、この120

光合成研究 30 (2) 2020

図8. 増えつつあるカロテノイド生合成の幹恣意性を少々残念に思っている。そもそも、我々

DNA にコードできるものは、すべて天然物であ

だって自然の一部であり、ダーウィン進化の所産る）。DNA に encode さえたケミストリ（生合成）である。たしかに浅知恵を使いはしたが、我々とは、研究者どうしに止まらず、地球生物全体が共いう生物の営みの中で作り出したカロテノイド

有し、連携して改良できるオープンソース性が保色素なのであるから、差別されることなく、天然証されている。ヴェーラー合成から 190 年、有機

カロテノイドのラインナップに数えるのが妥当

合成化学は、反応や官能基の種類においては、自ではないだろうか。

然界のラインナップを凌駕するに至っている。合最後に、生合成デザイン学の価値について一言

成生物学（Synthetic Biology）の使命の一つは、人申し述べる。生合成工学（生物生産）は、その建間様だけが考え得た「不」自然な知恵の一つ一つ

設コストにおいても運転コストにおいても、有機を、DNA 文字列に書き起こしてゆくこと、であ

合成や石化プロセスに勝てないことがしばしばろう。我々がせっせと非天然骨格カロテノイドのである。しかし我々は、それに引け目を感じる必

生合成経路を作るのは、この営みによって、自然

要は全くないと考える。生合成の真の価値は、選界から学んでばかりだった人類が、ささやかな知択性が高いからでも、常温・常圧で進むからでも、恵（分子技術）の返礼をする無二の機会と考える

カーボンネガティブなプロセスだから、でもない。

からである。そして非天然骨格カロテノイドの生

過不足なく DNA 文字列に Encode されたケミカ

合成を目指すのは、もうひとつの「不」自然、物

ルプロセスであるところにこそ、その真の価値が理化学という学問が、我々がつくるカロテノイド

ある 50)。たとえ我々が作る分子が、天然らしから（の一部）は、自然界のカロテノイドよりも物性ぬ「不」自然な分子だったとしても、その生合成や機能において優れていると明示しているからが成功した瞬間から、そのケミストリーは生物相である。我々はその生合成を実現し DNA 文字に全体に共有される普遍的価値となる（つまり、起こし、自然界への技術移転を完遂した。無学な121

光合成研究 30 (2) 2020
自然界が自力でこの分子を受け取れぬというな

9.

Katabami, A. Li, L., Iwasaki, M., Furubayashi, M.,

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Molecular breeding of pathways to "super" natural carotenoids

Daisuke Umeno
Department of Applied Chemistry and Biotechnology, Chiba University124

光合成研究 30 (2) 2020

表紙の紹介

東北大学大学院農学研究科附属川渡フィールドセンターの「遺伝子組換
え植物隔離ほ場」
東北大学大学院農学研究科
牧野 周、石山 敬貴

東北大学附属フィールド教育研究センターの隔離ほ場は、日本学術振興会の最初の大型研究プ
ロジェクト「未来開拓学術研究推進事業」の支援を受け、1997 年に造成されたものである。「未来開拓学術研究推進事業」は 1995 年に制定された科学技術基本法(本年、科学技術イノベーション基本法に改正)の施行に伴い、日本学術振興会が国債による出資金事業として初めて取り組んだ
研究プロジェクトであった。この隔離ほ場では、NADH-GOGAT アンチセンスイネやムギネ酸を放出する鉄欠乏耐性イネの遺伝子組換え作物の評価試験などが取り組まれた実績もあったが、近年では日本の厳しい栽培規制もあり、使用実績に乏しい。現在の開放系での遺伝子組換え植物栽
培の法的措置は、2004 年に施行された「遺伝子組換え生物等の使用等の規制による生物の多様性の確保に関する法律」（通称「カルタヘナ法」）に順じ、文部科学省と環境省から第 1 種使用規程（国が定める生物多様性評価試験を行い、遺伝子組換え生物の環境中への拡散を完全には防止しない使用規程）の承認を得る手順となっている。
しかしながら、自治体によってはその法律やそれに準ずる国の指針を超えるさらに厳しい規制が課せられるところもある。宮城県では、毎年作付け前の一般市民への公開説明会の実施、年間4 回の立ち入り調査、年度末の有識者評価委員による公開審査が義務付けられ、栽培植物の開花期に風速が 3 m s-1 を超える場合は、付近 500 m の範囲までの花粉飛散調査が求められる。それらにかかる労力と時間的な消費はきわめて大きい。また、有識者評価委員の多くは、カルタヘナ法や国の第一種使用規程の内容を知らないメンバーで構成されており、既に対応済みの事項が再度要求されるなど、対応に苦慮することが多い。
私たちは、光合成の炭酸固定酵素 Rubisco を約 30%増強したイネ（Rubisco 増強イネ）を作出し、この制約のある中で４年間におよぶ収量評価試験を行なった。繰り返しの試験を通して、Rubisco
増強イネの収量は、窒素施肥が 10 kgN/10a 以上の施肥区で、親品種「能登ひかり」に比較して 2030%増収となることが実証された（Yoon et al. Nat. Food, 1: 134-139, 2020）。詳細な研究成果は本
会誌次号（第 30 巻 12 月号）で解説したい。
世界的にフィールド研究が重要視される昨今、遺伝子組換え植物の開放系栽培試験は、食糧増産を追求する学術的な基礎研究としても必須なプロセスである。ほ場試験を行う上での安全の担保、および地域住民への安心の提供は、研究者の当然の責務であるが、自治体の遺伝子組換え植物の栽培を監査する規制が、国が定める法や指針を超えて過度に厳しくなれば、世界水準から致
命的な研究の遅れを伴うばかりか、社会実装への展開にも大きな障害となる。国や政府レベルによる自治体への統一的な開放系組換え植物栽培指針または規制への指導を求めたい。

125

光合成研究 30 (2) 2020

特別企画：若手研究者の海外留学レポート！

第１０回「Krieger-Liszkay 研究室＠CEA-Saclay (フランス)」
大阪大学 太陽エネルギー化学研究センター
嶋川 銀河

私は、神戸大学で学位を取得した後 2018 年 5 月～2020 年 3 月までの約 2 年間にわたってフランス
CEA-Saclay 研究所における Anja Krieger-Liszkay 先生のラボで日本学術振興会の海外特別研究員 (海外学振) として研究を行った。CEA-Saclay は、パリ郊外の Gif-sur-Yvette というコミューンに位置しており長い光合成研究の歴史をもつ研究所である。後述するが受入研究者の Anja はオープンな人柄でなおかつ学術的な興味の幅が広い。2 年間という短い期間ではあったが、我ながら密度の高い時間を過ごせたのではないかと思う。パリには留学生が溢れており、私と似たような境遇でパリに来ている日本人
研究者も多かった。一口に海外留学と言っても、研究分野や、とりわけ受入研究室の環境によってその実態は様々であろう。そのため私の留学経験も、あくまで数ある事例の一つとして頭に入れてもらえ
れば幸いである。実際に留学を経験した私の立場としては、是非とも学生や若手研究者の方々には一度海外へ出てみてほしい。本稿ではそのような願いを込めて「しんどかった、徒労に終わった」ことよりも「楽しかった、実を結んだ」話に焦点をあてたい。どうかその点を考慮した上で一読いただければ幸いである。

1. フランスへ行くまでの話
留学を決意したキッカケを挙げるならば、博士課程 2 年生の冬に Flavodiiron タンパク質 (FLV) の生
化学を目的としてロンドン大学 (イギリス) の Guy Hanke 先生のラボへ 1 カ月ほど出張させてもらった事であろう。もともとお世辞にも英語ができるとは言い難い私は、海外への研究留学に対して大きな壁を感じていたが、ロンドンでの短期滞在を経て私が抱いた感情は「なんや、英語ができんくても研究できるやん！」というものだった。神戸でもロンドンでも実験に使用する機械やプロトコルは大して変わらず、また似たような分野の研究者であれば「ラボの常識」なるものも凡そ共通の認識をもっているため、英語でのコミュニケーションは (もちろん重要ではあるが) 不可欠ではなかった。このロン
ドン出張で留学への不安が払拭された私は、帰国後すぐに海外学振への申請を考え始めたように思う。
学位を取りたての海外留学で大きく分野を変える胆力のなかった私は「光合成電子伝達」や「活性酸素」というキーワードを元に受入先を探していた。Anja とは 2016 年の国際光合成サテライト会議 (オランダ) で既に面識があったが、受入れを打診する決定打となったのは 2017 年の日本植物生理学会(鹿児島) で当時スーパーバイザーであった三宅親弘先生が国際シンポジウムを企画し、Anja らを演者として招待したことであろう。Anja と三宅先生はそれぞれドイツのヴュルツブルクでの研究経験があり、何かと共通した話題が多い。また同じくシンポジウムをオーガナイズしていた伊福健太郎先生はAnja と付き合いが長く非常に親しかったため、そのお助けもあって海外学振の受入れを相談するのは難しくなかった。
とは言え、受入先の打診をした段階では Anja のことを深く知っていたわけではなく、私の印象は「PSII や活性酸素、Plastidial terminal oxidase (PTOX)のスペシャリスト」で「とても明るい女性の研究者」という程度であった。
海外学振に採用内定をもらってからは、本格的に先方と打ち合わせることになる。諸々の事務手続
きやビザ申請は、正直めんどうではあるが、こればかりは各々でうまくやるしかない。私の場合は、フランス留学に不可欠である Convention d’accueil の取得が大変であった。

126

光合成研究 30 (2) 2020
2. フランスでの研究の話
私 が 働 い て い た CEASaclay 研究所は、長い光合成研究 (特に明反応について)の歴史をもっており、中でも電子スピン共鳴 (EPR, ESR)
や分光測定などに強いと思う。
かつては Bill Rutherford 先
生や Giles Johnson 先生も働いており、今は光合成基礎研究
か ら 離 れ て い る が Klaus
Brettel 先生や Winfried Leibl 先生も同じ建物で研究を行っていた。PSII の専門家である
Alain Boussac 先生が同じ部屋で実験しており、また同じ研
図 1. 同じ研究グループのメンバー
究グループには Anja の他に
Director として PSI およびその周辺の電子伝達を知り尽くした Pierre Sétif 先生とシアノバクテリア Orange carotenoid protein (OCP) の大家である Diana Kirilovsky
先生が働いていた (図 1)。大学ではなく研究所であるため、先生方は教育指導などに時間を取られている様子はなく、気ままに実験し、その都度でてきたデータを材料に議論を交わす。どの先生もディス
カッションが大好きで、なおかつレベルが非常に高い。そして皆が常に新しい話題を求めている。これ
ほどディスカッション重視な研究スタイルは私にとってなかなか新鮮で、今考えても不思議な話だが、ただコーヒーを飲みながら話しているだけで貴重な勉強になっていたように思う。残念な事に、上に挙げた先生方の多くはリタイアが近づいており、それに伴って私のいた研究グループも近々引っ越し、再編成の予定である。新型コロナの事も踏まえると、最後の世代として CEA-Saclay のあの環境で働けたことが本当に幸運だったと思う。
Anja のラボでは、光合成電子伝達や活性酸素に係わる幅広い研究テーマに取り組んだ。中でも一番力を注いだのは当初の研究計画に則した「葉の老化」の研究であり、オオムギ第一葉の電子伝達活性や活性酸素生成を老化の初期過程で評価していた。葉の老化と言えばクロロフィル量の低下が分かりやすい指標であるが、実はクロロフィル量が低下する前から光合成活性の減衰が起こっており、さらに
そのもっと前の段階において PSI のエレクトロンドナーであるプラストシアニンの量が低下する。このプラストシアニン量の低下は新型 PAM (Klas-NIR) で簡便に測定が可能であり (図 2)、そのMethodology に 焦 点 を あ て て 先 ず は 一 報 論 文 を 仕 上 げ る こ と が で き た (Shimakawa et al. 2020
Photosynthesis Research 144, 63-72)。この論文を執筆した際には原稿の構成や英文など珍しく褒めてもらい「あなたの仕事でしょ」と言われ Corresponding author をいただいた時は非常に嬉しかった。また論文執筆までこぎつけたのは Pierre の貢献が非常に大きく、彼のデータがなければ Methodology に焦点をあてた構成にはできなかった。フランスでは PAM よりも JTS (Joliot-type spectrometer) を使用する
光合成研究者が多い印象だが、Pierre は非常にレベルの高い PAM ユーザーで彼以上に PAM を analyticalに使う人は世界中を見ても他にいないように思う。Klas-NIR については神戸の三宅先生のラボでも触っており、私の知識もそれなりにあったおかげで、WALZ から Christof Klughammer 先生が出張に来た際には、ディスカッションも大いに盛り上がった。話が少し逸れたが、オオムギの老化研究についてはその後異なる 2 品種を屋内外で育て、それぞれ光合成電子伝達や活性酸素生成の老化初期過程における変化 (および品種間差) が屋内外の環境でどのように異なるかを調べた。これは Anja が以前に当
該 2 品種のオオムギで異なる活性酸素生成特性を見出していたこと (Krieger-Liszkay et al. 2015 Planta
241, 1497-1508) に端を発しており、私たちが葉の老化に関する総説 (Krieger-Liszkay et al. 2019
Physiologia Plantarum 166, 148-164) を執筆する中で「植物の栽培条件が異なる事によって老化葉の光合
成、活性酸素生成の挙動が全く違う」ことに着目したためである。研究テーマについては、その他にも
CEA-Saclay ならではの EPR 測定を駆使して PSI 光傷害の分子メカニズムに踏み込んだり、PTOX の欠損株や過剰発現株を解析したり、また (Anja の要望で) 神戸の頃から行っていた FLV の生化学研究を続けたりと、良くも悪くも手当たり次第に様々なテーマに取り組んできたが、私の力不足もあってこ127

光合成研究 30 (2) 2020
れらはまだ公表にこぎつけていないため、本稿では詳細を控える。様々な研究テーマに取り組めたのはひとえに Anjaの学術的興味の幅の広さであり、これが私の研究スタイルとも合っていたと思う。
研究テーマのみならず、人間関係においても Anja は幅広くオープンな人柄であったため、研究室にはゲストが来ることも多かった。共同研究を行うこともしばしばあり、中でもインスブルック大学(オーストリア) の Thomas Roach 先生や
IBPC (フランス) の Benjamin Bailleul 先生との実験は楽しかった。また南仏の
CEA-Cadarache 研究所では Gilles Peltier 先生と、友人の Adrien Burlacot に招待されてセミナーを行うこともできた。当時は
現東京薬科大学の溝上祐介先生がこちらの研究所で働いており、その紹介でBernard Genty 先生 (ΦII の実用性を確立された方) とお話できた時には興奮したものである。フランスあるいはヨーロッパ内での学会で何度が発表できる機会もあり、これら一連の経験を通して、同年
代の知り合いもたくさんできた。前回までの記事で多くの方が指摘している通り「海外における人的ネットワークの構築」は、今の日本において海外留学の担う最も大きな意義の一つだと思う。2 年間は決して長いとは言えないが、今回得ることができた貴重な人脈はこの先も大切にしたい。

図 2. Klas-NIR による PSI 反応中心クロロフィル (P700)、プラ
ストシアニン (PC)、フェレドキシン (Fd) 酸化還元の同時解析(A, B) およびウエスタンブロットによるプラストシアニン減少の確認 (C)。遠赤色光 (FR) と飽和パルス光 (SP) によりP700 と PC を完全に酸化、励起光 (AL) と SP により Fd を完全に還元することで、両矢印で示した各コンポーネントの量(ここでは相対値) を見積もることができる。ウエスタンブロッ
トはオオムギ葉の抽出液で行い、PC の他に PsaE (PSI サブユ
ニット) とシトクロム f (cyt f) を検出した。図は Shimakawa etal. (2020) Photosynthesis Research 144, 63-72 より改訂。

3. フランスでの生活の話
カジュアルな話題になるが、少しだけパリでの生活についても触れておく。まずパリほど留学生に優しい街はそうそうないと思う。パリには外国人が本当に多く、街中を出歩いていても自分が「よそ者」であることをほとんど感じない。博士学生やポスドクの日本人も多く、また私は運よくパリ国際大
学都市に部屋を見つけることができたため、パリ日本人若手物理学者の会 (生物の方もいた) などへも参加して日本人の方とも積極的に交流を行っていた。せっかくの海外研究滞在なので「日本語を話せる環境に身をおかない」という考えも大事だと思う。しかしながら私の場合は、パリで働く異分野の方から研究の話を聞けるのも楽しかったし、何よりも生活面 (特に留学初期) において日本人が周りにいると心強かった。言語について、もちろんフランス語ができた方が生活は遥かに楽だが、簡単な言葉が分かれば生活に困ることはない。私もフランス語教室には通っていたが、実際に職場で使用する機会がほとんどなかったため、今でも必要最低限のフランス語が喋れる程度である。フランスは食も文化
も芸術も豊かで、パリ市内だけでも回りきれないほどに名所が多く、またパリを離れれば魅力的な地
方都市が無数にある。せっかくの貴重な海外長期滞在なので、休日にはその国の文化や歴史にも触れると良いだろう。休日に家で仕事をしてばかりいると、週明け職場でのコミュニケーションに困るこ
とになる。

128

光合成研究 30 (2) 2020
4. 日本に戻ってきた話
今回私は日本学術振興会の特別研究員 PD に無事採用されて大阪大学の中西周次先生の研究室で働く事になった。ポスドクで海外留学を考えた際に最も大きい不安は「どうやって日本に戻る？」という問題だと思う。こればかりは正直私も不安であったが、面白いことに現在の受入研究者である中西先生と知り合ったキッカケは Anja の紹介であるため、私の場合は海外留学が結果的に日本での次の仕事と結びついたと言える。ヨーロッパで新型コロナの感染爆発が 3 月半ば頃から始まったのはとても残念であった。研究室のメンバーと企画した「お別れ会」がちょうどパリの全レストラン閉鎖の前々日になった事など不幸中の幸いもあったが、新型コロナの影響で帰国を少し早めた事で片づけられなかった議論や実験もあり、何よりも現時点においてフランス含めたヨーロッパへの出張が難しくなってしまった事態は本当に深刻である。そんな中でも、帰国後に CEA-Saclay の研究セミナーに Zoom で参加させてもらうなど、Anja らには感謝の思いでいっぱいである。

5. おわりに冒頭でも述べた通り、本稿では比較的に「海外留学をして良かった」と思えるポジティブな話を選んで綴った。実際はもちろん苦労もしたし、国外ゆえの大変な事も多かったが「国内でポスドクをしていれば楽チンだった」という話でもないと思う。博士を取った後の初めてのポスドクなんてきっとどこに行っても苦労はするだろう。
いろいろ書いたものの結局ほとんどが単なる私の思い出話になってしまったため、最後に僭越ながら留学を考えている方へのアドバイスをしたいと思う。第一に、自身の専門性を大切にし、アピールすることである。ポスドクとして海外へ留学する場合「あなたはどんな仕事をしてきたの？」と必ず聞かれる。これから博士課程を目指す方、まもなく博士課程を終える方、どんなラボでも尖った武器を身につけることになると思う。それは長かった学生時代に指導教員や出身研究室から得た貴重な宝だと思うので大切にしてほしい。私の場合は、PAM を用いた測定とデータの解釈、様々な生物種での変異体作製能力、そして FLV の事などであった。論文になっていればきっと海外の研究者の目にも入っている。実績に裏打ちされた専門性は留学初期の頃からしっかり評価してもらえていたように思う。もう一つ私から言えるアドバイスは、コミュニケーションにおける根気を強く持つことである。異なる言語、文化圏で生きてきた人たちとのコミュニケーションでは必ず齟齬が生まれるが、この「食い違い」を解消するために膨大なエネルギーを費やす事も珍しくない。そんな中でも途中で諦めず、根気よく先生や同僚とコミュニケーションを取って「ちゃんと理解し合う」ことが研究留学において最も重要な事だと思う。新型コロナの問題がいつまで続くか分からず先行きの見えない世の中だが、海外での研究滞在に少しでも興味のある方は、是非とも留学のチャンスを掴み取ってほしい。最後に、執筆の機会を与えて下さった若手の会会長の清水隆之先生、そして本会編集長の成川礼先生に、この場を借りて深くお礼申し上げる。

129

光合成研究 30 (2) 2020

集会案内

光合成学会若手の会オンラインセミナー開催のお知らせ
若手の会では、10 月 9 日（金）に Zoom によるオンラインセミナーを開催することにいたしました。コロナの影響で、発表・交流の機会が減ってしまったため、今回のセミナーでは、学生をはじめとした若手研究者の発表を募集することにいたしました。本企画が、学生らの良い発表の機会になれば幸甚です。また、恒例の先輩研究者の話を聞く企画では、基生研の高橋俊一さんにご講演いただきます。皆さんの積極的なご参加をお待ちしております。
詳細は、新しくなった若手の会ホームページ（https://sites.google.com/site/photosynwakate/home?authuser=0）をご覧ください。
仮プログラム
13:00-13:05 挨拶
清水隆之（東京大学・総合文化研究科）
13:05-13:35 発表１
13:35-14:05 発表２
若手の会 HP の QR コード

14:05-14:20 休憩
14:20-14:50 発表３
14:50-15:20 発表４
15:20-15:35 休憩
15:35-16:40 若手の会特別企画 先輩研究者に聞いてみよう
高橋俊一（基礎生物学研究所）「TBD」
16:40-17:00 休憩
17:00-18:00 全員の自己紹介

130光合成研究 30 (2) 2020事務局からのお知らせ★入会案内
本会へ入会を希望される方は、会費（個人会員年会費：￥1,500、賛助法人会員年会費：￥50,000）を郵便振替（加入者名：日本光合成学会、口座番号：00140-3-730290）あるいは銀行振込（ゆうちょ銀行、０１９店(ゼロイチキュウと入力)、当座、0730290 名前：ニホンコ
ウゴウセイガッカイ）にて送金の上、次ページの申し込み用紙、または電子メールにて、氏
名、所属、住所、電話番号、ファックス番号、電子メールアドレス、入会希望年を事務局まで
お知らせください。
★会費納入のお願い
学会の運営は、皆様に納めていただいております年会費によりまかなわれております。当該年度の会費が未納の場合、光合成研究が送られてくる封筒に、会費未納が印字されています。ご都合のつくときに、会費を納入ください。１年間会費を滞納された場合、次年度よりお名前が会員名簿から削除され、光合成研究は届かなくなります。再入会される場合は、未納の分もあわせてお支払いいただきます。会費納入状況などにつきましては、ご遠慮なく事務局（sonoike@waseda.jp）までお問い合わせください。会員の皆様のご理解とご協力をお願い申し上げます。

131

光合成研究 30 (2) 2020日本光合成学会会員入会申込書
年月日

日本光合成学会御中
私は日本光合成学会の趣旨に賛同し、年より会員として入会を申し込みます。

[ ] 内に会員名簿上での公開非承諾項目に×印をつけてください

氏名（必須）

振り仮名
漢字表記
ローマ字表記[] 所属[] 所属住所（学生の方は、なるべく研究室名までお願いします）〒[

会誌送付先住所（必須）□ 所属先住所と同じ □ 以下の住所に送付] 〒[] 連絡先電話番号[] E-mail（必須）□ 会費納入済み（振り込み年月日）□ 会費振り込み予定（振り込み予定年月日）

年
年

月
月

日
日

個人会員年会費
1,500 円 （会誌、研究会、ワークショップなどの案内を含む）
賛助法人会員年会費
50,000 円 （上記と会誌への広告料を含む）（会員資格は１月１日～１２月３１日を単位とします）＊ 複数年分の会費を先払いで振り込むことも可能です。その場合、通信欄に（何年度～何年度分）とお書き下さい。

連絡先〒606-8502 京都府京都市左京区北白川追分町
京都大学 理学部研究科 鹿内利治 研究室内

日本光合成学会
TEL : 075-753-4247, FAX : 075-753-4257, ホームページ: http://photosyn.jp/
郵便振替口座 加入者名：日本光合成学会 口座番号：00140-3-730290
銀行振込の場合 ゆうちょ銀行、０１９店(ゼロイチキュウと入力)、当座、0730290
名前：ニホンコウゴウセイガッカイ

132光合成研究 30 (2) 2020日本光合成学会会則
第１条 名称
本会は日本光合成学会（The Japanese Society of Photosynthesis Research）と称する。
第２条 目的本会は光合成の基礎および応用分野の研究発展を促進し、研究者相互の交流を深めることを目的とする。
第３条 事業本会は前条の目的を達成するために、シンポジウム開催などの事業を行う。
第４条 会員
１．定義
本会の目的に賛同する個人は、登録手続を経て会員になることができる。また、団体、機関は、賛助会員になることができる。
２．権利会員および賛助会員は、本会の通信および刊行物の配布を受けること、本会の主催する行事に参加することができる。会員は、会長を選挙すること、役員に選出されることができる。
３．会費
会員および賛助会員は本会の定めた年会費を納めなければならない。
第５条 組織および運営
１．役員
本会の運営のため、役員として会長 1 名、事務局長 1 名、会計監査 1 名、常任幹事若干名をおく。役
員の任期は２年とする。会長、常任幹事は連続して二期を越えて再任されない。事務局長は五期を越えて再任されない。会計監査は再任されない。
２．幹事
幹事数名をおく。幹事の任期は 4 年とする。幹事の再任は妨げない。
３．常任幹事会
常任幹事会は会長と常任幹事から構成され、会長がこれを招集し議長となる。常任幹事会は本会の運営に係わる事項を審議し、これを幹事会に提案する。事務局長と会計監査は、オブザーバーとして常任幹事会に出席することができる。
４．幹事会
幹事会は役員と幹事から構成され、会長がこれを招集し議長となる。幹事会は、常任幹事会が提案した本会の運営に係わる事項等を審議し、これを決定する。
５．事務局
事務局をおき、事務局長がこれを運営する。事務局は、本会の会計事務および名簿管理を行う。
６．役員および幹事の選出
会長は会員の直接選挙により会員から選出される。事務局長、会計監査、常任幹事は会長が幹事の中から指名し、委嘱する。幹事は常任幹事会によって推薦され、幹事会で決定される。会員は幹事を常任幹事会に推薦することができる。
第６条 総会
１．総会は会長が招集し、出席会員をもって構成する。議長は出席会員から選出される。
２．幹事会は総会において次の事項を報告する。
１）前回の総会以後に幹事会で議決した事項
２）前年度の事業経過
３）当年度および来年度の事業計画
３．幹事会は総会において次の事項を報告あるいは提案し、承認を受ける。

133

光合成研究 30 (2) 2020

１）会計に係わる事項
２）会則の変更
３）その他の重要事項
第７条 会計
本会の会計年度は 1 月 1 日から 12 月 31 日までとする。当該年度の経理状況は、総会に報告され、その承認を受ける。経理は、会計監査によって監査される。本会の経費は、会費および寄付金による。
付則
第１ 年会費は個人会員 1,500 円、賛助会員一口 50,000 円とする。
第２ 本会則は、平成 14 年 6 月 1 日から施行する。
第３ 本会則施行後第一期の会長、事務局長、常任幹事にはそれぞれ、第５条に定める規定にかかわらず、平成 14 年 5 月 31 日現在の会長、事務局担当幹事、幹事が再任する。本会則施行後第一期の役員
および幹事の任期は、平成 14 年 12 月 31 日までとする。
第４ 本会則の改正を平成 21 年 6 月 1 日から施行する。

日本光合成学会の役員選出に関する申し合わせ

平成 27 年 5 月 27 日 幹事会
１．選挙管理委員会
本会の選挙を公正に実施するため、選挙管理委員会を置く。選挙管理委員 2 名は常任幹事会が幹事会に推薦し、決定する。選挙管理委員の互選により委員長を選出する。
２．会長［会則第５条第６項］
１）幹事および常任幹事による若干名の候補者の推薦方法
幹事は、会長選挙に推薦する候補者としてふさわしい会員を 3 名連記で投票する。投票結果が上位の会員について、常任幹事会は、本人の意向を確認した上で、若干名を推薦候補者として決定する。選挙事務は事務局長が執り行う。
２）会長選挙会長選挙の実施に当たっては、会員に推薦候補者を提示し、全会員による単記無記名投票を実施する。
最高得票者を、次期会長とする。得票数が同数の場合は、抽選により決定する。選挙事務は選挙管理委
員会が執り行う。

日本光合成学会の運営に関する申し合わせ

１．幹事会
幹事は光合成及びその関連分野の研究を行うグループの主催者である等、日本の光合成研究の発展に顕著な貢献をしている研究者とする。任期は 4 年とするが、原則として再任されるものとする。
２．事務局
事務局長の任期は 2 年とするが、本会の運営を円滑に行うため、約 5 期（10 年）を目途に再任されることが望ましい。
３．次期会長会長の引き継ぎを円滑に行うため、次期会長の選挙は任期の 1 年前に行う。
４．常任幹事会
常任幹事会の運営を円滑におこなうため、次期会長は常任幹事となる。

134

光合成研究 30 (2) 2020

「光合成研究」
総則
1. 「光合成研究」（本報）は光合成に関連する諸分野における記事を掲載する。
2. 1 年に 3 回（4 月、8 月、12 月号）冊子体として発行し、電子版を光合成学会のホーム
ページ上に公開する。
3. 原稿が E-mail において受付処理をされた日を以て受付日とし、編集委員が掲載可と判断した日を採択日とする。ただし原稿が本規定に合わない場合受け付けないことがある。
4. 編集委員は、原稿の審査に際し、原則的に適切な査読者を選んで査読を依頼し、掲載の可否を判断する。
5. 掲載論文の著作権（冊子体および電子版）は日本光合成学会に属する。
6. 図やそこで使われる写真が過去論文として発表したものもしくは発表されたものであった場合は、それらの著作権問題を著者ら自身でクリアする必要がある。
7. 投稿に当たっては、全ての著者が投稿に同意し、かつ原稿の内容について責任を持たなければならない。また、全ての著者は代表著者が全著者を代表して原稿の掲載に関する事項を執り行うことに同意するものとする。
一般的事項(1) Microsoft Word ファイルを基本とする。
字数制限は設けないが、「解説」は A4
サイズ 6〜8 ページ、「トピックス」、「研究紹介」は 4 ページ程度を目安にする。1 ページ当りの文字数は、図表を含めて 1800 字程度。日本語は MS 明朝、英数字は Times New Roman とする。
(2) 本文の最初に、日本語および英語での論
文題名、著者所属機関名、氏名を記載する。
(3) 句読点は「 、 」「 。 」に統一する。
(4) 300 字程度の日本語要旨を作成すること。
(5) 参考文献、表、図のキャプションは、本文の後ろにつける。

投稿規定(6) 本文中に図の大体の位置を指示する。
（図を貼り付けてもよい。）
参考文献(1) 参考文献は、本文中の該当箇所に、右上付きで、1)、1,2)、1–3) のように示す。
(2) 参考文献の表記は下記のとおりとする。
雑誌例
1. Berthold, D.A., Babcock, G.T. and Yocum,
C.F. (1981) A highly resolved, oxygenevolving photosystem II preparation fromspinach thylakoid membranes. EPR andelectron-transport properties. FEBS Lett.
134, 231–234.
2. Nanba, O. and Satoh, K. (1987) Isolationof a photosystem II reaction center
consisting of D-1 and D-2 polypeptides
and cytochrome b-559. Proc. Natl. Acad.
Sci. U.S.A. 84, 109–112.

書籍例
3. Diner, B.A. and Babcock, G.T. (1996)
Structure,dynamics,
andenergyconversion efficiency in photosystem II, in
Oxygenic Photosynthesis: The Light
Reactions (Ort, D.R. and Yocum, C.F.,
Eds.) pp 213–247, Kluwer, Dordrecht, The
Netherlands.
図／写真(1) 図、写真はグレースケールでも良い場合には、グレースケールで作成する。カラーの図や写真を希望する場合には、カラーの図や写真を送付すること。図や写真の枚数によっては、編集委員会との相談により、PDF 版ではカラーになるが、冊子体ではグレーになる場合がある。
(2) jpg あるいは tiff 形式等で本文とは別ファ
イルとして送付すること。解像度は 300
dpi 程度とする。

日本光合成学会「光合成研究」編集委員会
2017 年 12 月 23 日改訂

135光合成研究 30 (2) 2020

幹事会名簿
秋本 誠志

神戸大学大学院理学研究科

田中 歩

北海道大学低温科学研究所

粟井 光一郎静岡大学学術院理学領域

田中 寛

東京工業大学化学生命科学研究所

池内 昌彦

東京大学大学院総合文化研究科

田中 亮一

北海道大学低温科学研究所

石北 央

東京大学大学院工学研究科

民秋 均

立命館大学総合理工学院

泉井 桂

近畿大学生物理工学部生物工学科

田茂井 政宏近畿大学農学部生物機能科学科

伊藤 繁

名古屋大学

都筑 幹夫

東京薬科大学生命科学部

井上 和仁

神奈川大学理学部

出羽 毅久

名古屋工業大学大学院工学研究科

伊福 健太郎京都大学大学院生命科学研究科

寺島 一郎

東京大学大学院理学系研究科

得平 茂樹

東京都立大学院理工学研究科

鞆 達也

東京理科大学理学部

大岡 宏造

大阪大学大学院理学研究科

仲本 準

埼玉大学大学院理工学研究科

太田 啓之

東京工業大学生命理工学院

永島 賢治

神奈川大学

大友 征宇

茨城大学理学部

成川 礼

静岡大学学術院理学領域

大政 謙次

東京大学大学院農学生命科学研究科

南後 守

大阪市立大学大学院理学研究科

小川 健一

岡山県農林水産総合センター

西田 生郎

埼玉大学大学院理工学研究科

生物科学研究所

西山 佳孝

埼玉大学大学院理工学研究科

小俣 達男

名古屋大学大学院生命農学研究科

野口 航

東京薬科大学生命科学部

垣谷 俊昭

名古屋大学

野口 巧

名古屋大学理学研究科

菓子野 康浩

兵庫県立大学理工学部

長谷 俊治

大阪大学蛋白質研究所

柏山 祐一郎

福井工業大学環境情報学部

林 秀則

愛媛大学プロテオサイエンスセンター

金井 龍二

埼玉大学

原 登志彦

北海道大学低温科学研究所

神谷 信夫

大阪市立大学複合先端研究機構

彦坂 幸毅

東北大学大学院生命科学研究科

熊崎 茂一

京都大学大学院理学研究科

久堀 徹

東京工業大学研究院化学生命科学研究所

栗栖 源嗣

大阪大学蛋白質研究所

日原 由香子

埼玉大学大学院理工学研究科

小池 裕幸

中央大学理工学部

福澤 秀哉

京都大学大学院生命科学研究科

小林 正美

筑波大学大学院数理物質科学研究科

藤田 祐一

名古屋大学大学院生命農学研究科

坂本 亘

岡山大学資源生物科学研究所

古本 強

龍谷大学農学部

佐賀 佳央

近畿大学理工学理学科

牧野 周

東北大学大学院農学研究科

櫻井 英博

早稲田大学

増田 真二

東京工業大学

佐藤 公行

岡山大学

佐藤 直樹

東京大学大学院総合文化研究科

増田 建

東京大学大学院総合文化研究科

鹿内 利治

京都大学大学院理学研究科

松浦 克美

東京都立大学都市教養学部

篠崎 一雄

理化学研究所植物科学研究センター

松田 祐介

関西学院大学理工学部

嶋田 敬三

東京都立大学

真野 純一

山口大学農学部

沈 建仁

岡山大学異分野基礎科学研究所

皆川 純

基礎生物学研究所

杉浦 昌弘

名古屋大学

宮尾 光恵

東北大学大学院農学研究科

杉浦 美羽

愛媛大学プロテオサイエンスセンター

宮下 英明

京都大学大学院地球環境学堂

杉田 護

名古屋大学遺伝子実験施設

宗景（中島） ゆり 関西学院大学理工学部

杉山 達夫

名古屋大学

村田 紀夫

基礎生物学研究所

鈴木 祥弘

神奈川大学理学部

本橋 健

京都産業大学総合生命科学部

園池 公毅

早稲田大学教育学部

本橋 令子

静岡大学学術院農学領域

高市 真一

東京農業大学生命科学部

矢守 航

東京大学大学院農学生命科学研究科

高橋 裕一郎

岡山大学異分野基礎科学研究所

和田 元

東京大学大学院総合文化研究科

高林 厚史

北海道大学低温科学研究所

バイオ研究基盤支援総合センター136

光合成研究 30 (2) 2020

編集後記
収束しないコロナ禍と 40°C を超える地域も出る猛暑に苦しめられる夏を迎えています。皆様におかれましても、どうか体調にご留意いただければと思います。今回のウイルス禍の影響を受け、第 11 回
日本光合成学会年会は残念ながら中止となりましたが、オンラインミニシンポジウム「諸刃の剣: 光合
成との付き合い方」が 9/18（金）開催されます。詳細は本号 72 ページの案内をご覧ください。このよ
うな状況を吹き飛ばす熱いシンポジウムとなるよう、皆様のご参加をお待ちしております。
さて、今号は、前号の表紙を飾った得津さんのトピックス記事と、私と編集委員の高林さんが企画した解説特集「光合成生物に関連する分子の開発」の三記事が掲載されています。記事数は少ないものの、力作揃いの素晴らしい号に仕上がったと思います。個人的には、梅野さんの開発戦略とその研究か
ら浮き彫りにされる生命システムの巧みさに魅了されました。今号に関するご意見や本誌に対するご要望がございましたら、ぜひ私までご連絡ください。
また、研究紹介や解説を随時受け付けておりますので、奮ってご投稿ください。表紙に適した写真もよろしくお願いします。
私の編集委員長としての仕事もあと一号を残すのみとなりました。私と同様に、読者の方々を魅了できる誌面作りに、あと残り僅かとなりましたが尽力したい所存です。
編集長・成川 礼（静岡大学）

記事募集
日本光合成学会では、会誌に掲載する記事を会員の皆様より募集しています。募集する記事の項目は以下の通りです。
¡ トピックス：光合成及び関連分野での纏まりのよいトピックス的な記事。
¡ 解説：光合成に関連するテーマでの解説記事。
¡ 研究紹介：最近の研究結果の紹介。特に、若手、博士研究員の方からの投稿を期待しています。
¡ 集会案内：研究会、セミナー等の案内。
¡ 求人：博士研究員、専門技術員等の募集記事。
¡ 新刊図書：光合成関係、または会員が執筆・編集した新刊図書の紹介。書評も歓迎します。
記事の掲載を希望される方は、編集長の成川（narikawa.rei@shizuoka.ac.jp）までご連絡ください。

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光合成研究 30 (2) 2020
「光合成研究」編集委員会
編集長
編集委員
編集委員
編集委員

成川 礼（静岡大学）
高林 厚史（北海道大学）
宗景 ゆり（関西学院大学）
矢守 航（東京大学）

日本光合成学会 2020年度役員
会長
事務局長

鹿内 利治（京都大学）
園池 公毅（早稲田大学）

常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事
常任幹事

久堀 徹（東京工業大学）
次期会長
古本 強（龍谷大学）
年会 2017年
石北 央（東京大学）
伊福 健太郎（京都大学）
前編集長
牧野 周（東北大学）
年会 2018年
宮尾 光恵（東北大学）
年会 2018年
本橋 健（京都産業大学）
年会 2019年
菓子野 康浩（兵庫県立大学）
熊崎 茂一（京都大学）
光生物学協会成川 礼（静岡大学）
編集長、年会 2020年
矢守 航（東京大学）
ホームページ
藤田 祐一（名古屋大学）
沈 建仁（岡山大学）

会計監査

高橋 裕一郎（岡山大学）

光合成研究 第 30 巻 第 2 号 （通巻 86 号） 2020 年 8 月 31 日発行

日

本

光

合

成

学

会

〒606-8502 京都府京都市左京区北白川追分町
京都大学 理学研究科 鹿内利治 研究室内
TEL : 075-753-4247
FAX : 075-753-4257
e-mail : jspr@photosyn.jp
ホームページ : http://photosyn.jp/
郵便振替口座 加入者名：日本光合成学会 口座番号：00140-3-730290
銀行振込の場合 ゆうちょ銀行、０１９店 (ゼロイチキュウと入力)、当座、0730290
名前：ニホンコウゴウセイガッカイ

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