2017年11月23日木曜日

新光合成領域会議

11/20-22日にかけて、沖縄科学技術大学院大学(OIST)にて新光合成の秋季領域会議が開催されました。
三日間にわたり様々な議論や共同研究の打ち合わせなどが行われました。

今後、ますますの領域の発展が期待されるような会議となりました!

2017年9月29日金曜日

研究成果論文が科学誌に受理されました!!(2017年10月)

当研究室の研究成果が、研究成果として科学誌のJBC誌に受理されました。タイトルと要旨は以下の通りです。


-Title-

Fluorescence lifetime analyses reveal how the high light-responsive protein LHCSR3 transforms PSII light-harvesting complexes into an energy-dissipative state

-Authors-
Eunchul Kim, Seiji Akimoto, Ryutaro Tokutsu, Makio Yokono and Jun Minagawa*

-Abstract-

 In green algae, light-harvesting complex stress-related 3 (LHCSR3) is responsible for the pH-dependent dissipation of absorbed light energy, a function vital for survival under high-light conditions. LHCSR3 binds the photosystem II and light-harvesting complex II (PSII-LHCII) supercomplex and transforms it into an energy-dissipative form under acidic conditions, but the molecular mechanism remains unclear. Here we show that in the green alga Chlamydomonas reinhardtii, LHCSR3 modulates the excitation energy flow and dissipates the excitation energy within the light-harvesting complexes of the PSII supercomplex. Using fluorescence decay-associated spectra analysis, we found that, when the PSII supercomplex is associated with LHCSR3 under high-light conditions, excitation energy transfer from light-harvesting complexes to the chlorophyll-binding protein CP43 is selectively inhibited compared with that to CP47, preventing excess excitation energy from overloading the reaction center. By analyzing femtosecond upconversion fluorescence kinetics, we further found that pH- and LHCSR3-dependent quenching of the PSII-LHCII-LHCSR3 supercomplex is accompanied by a fluorescence emission centered at 684 nm, with a decay time constant of 18.6 ps, which is equivalent to the rise time constant of the lutein radical cation generated within a chlorophyll-lutein heterodimer. These results suggest a mechanism in which LHCSR3 transforms the PSII supercomplex into an energy-dissipative state and provide critical insight into the molecular events and characteristics in LHCSR3-dependent energy quenching.


2017年5月19日金曜日

大学院説明会

先日、東京秋葉原にて大学院説明会が行われました。
当研究室からは、基生研の学生の代表として渡邉君が岡崎での学生生活について発表しました。

基生研にはRA制度など色々な制度がありますので、興味のある方はご連絡ください。

2017年4月8日土曜日

7年目の春

皆川研究室が北海道大学から基礎生物学研究所へ移り、早6年が経ちました。また新たな年度が始まります。
新たにメンバーも増えた今年は、どんな年になるでしょうか。乞うご期待!!

2017年3月21日火曜日

日本植物生理学会

3/16-18に、鹿児島県で日本植物生理学会が開催されました。(写真は夕方の桜島です)
本研究室からも、多くのメンバーが口頭発表やポスター発表を行いました!(写真は空港で果てたKim研究員)

旅立ち

三月某日、皆川研究室を旅立つ三人の送別会が行われました。
山崎広顕さん、木田絵美さん、山崎朋人さんが四月からそれぞれ新天地へと移られます。

新天地でのご活躍、研究室一同応援しております!

2017年1月15日日曜日

2017年 開幕

年が明け、2017年になりました。
今年も皆川研究室をよろしくお願いします。
さて、基礎生物学研究所では体験入学という、意欲のある学生の方向けのシステムがあります。1/4から募集が開始されましたので、興味のある方は是非にお申し込みください。

2016年11月8日火曜日

日仏フェローシップ

9月某日、フランスのCNRSからSerena Floriさんが訪れてくれました。


以下、後日送ってくださったメッセージです。

"I have applied for a France-Japanese fellowship because I believe that it will allow me to have a stimulating and constructive working experience in a fascinating country. It was an outstanding opportunity start this Japanese collaboration at the NIBB in the department of environmental photobiology. In this project, I particular focused on the effect of light color on the acclimation responses of microalgae. Using the Okazaki Large Spectrograph (OLS), the largest spectrograph in the world we will understand if light color perception is a functional trait in algae and we will unveil its activation. This experience gave me the possibility to become familiar with this unique instrument, to tackle an important question in the field of microalgal ecology and to work in an international and dynamic environment.



Many thanks to all the Lab!! I'll never forget this experience!"



またいつの日か一緒に実験できるといいですね!!


2016年9月24日土曜日

新学術領域 公募研究説明会

2016年9月

9月22日、東京大学理学部2号館で、新学術領域「新光合成 : 光エネルギー変換システムの再最適化」の公募研究説明会が開かれました。

今後より一層光合成の研究が盛んになるよう、頑張っていきましょう!!

2016年9月21日水曜日

海外留学生インターンシップ

8月から9月の某日にかけて、トルコから留学生インターンシップとして Emre Mert İpekoğlu 君が訪れてくれました。

修了証を読み上げる皆川教授

ラボメンバーで記念撮影 (人口密度...)

またいつか一緒に研究できるといいですね!!

2016年9月18日日曜日

研究成果論文が科学誌に受理されました!!(2016年9月)

9/14
当研究室の研究成果が、研究成果として科学誌のNATURE誌に受理されました。タイトルと要旨は以下の通りです。

-Title-
A blue-light photoreceptor mediates the feedback regulation of photosynthesis

-Authors-
Dimitris Petroutsos*, Ryutaro Tokutsu*, Shinichiro Maruyama, Serena Flori, Andre Greiner, Leonardo Magneschi, Loic Cusant, Tilman Kottke, Maria Mittag, Peter Hegemann, Giovanni Finazzi & Jun Minagawa

*These authors contributed equally to this work.

-Abstract-
In plants and algae, light serves both as the energy source for photosynthesis and a biological signal that triggers cellular responses via specific sensory photoreceptors. Red light is perceived by bilin-containing phytochromes and blue light by the flavin-containing cryptochromes and/or phototropins (PHOTs), the latter containing two photosensory light, oxygen, or voltage (LOV) domains. Photoperception spans several orders of light intensity, ranging from far below the threshold for photosynthesis to values beyond the capacity of photosynthetic CO2 assimilation. Excess light may cause oxidative damage and cell death, processes prevented by enhanced thermal dissipation via high-energy quenching (qE), a key photoprotective response. Here we show the existence of a molecular link between photoreception, photosynthesis, and photoprotection in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. We show that PHOT controls qE by inducing the expression of the qE effector protein LHCSR3 (light-harvesting complex stress-related protein 3) in high light intensities. This control requires blue-light perception by LOV domains on PHOT, LHCSR3 induction through PHOT kinase, and light dissipation in photosystem II via LHCSR3. Mutants deficient in the PHOT gene display severely reduced fitness under excessive light conditions, indicating that the sensing, utilization, and dissipation of light is a concerted process that plays a vital role in microalgal acclimation to environments of variable light intensities.

-簡単な解説-
青色光受容体であるフォトトロピンは、これまで光合成にはそこまで関係ないのではと言われていました。しかし、今回の研究で、そのフォトトロピンがqEクエンチングに決定的な役割を果たしていることが明らかになりました。

2016年6月2日木曜日

第7回日本光合成学会年会

2016年5月27,28日

久しぶりの更新となります。
先日行われた日本光合成学会の年会で、当研究室の加藤君がポスター賞を受賞しました!

おめでとうございます。


2015年2月22日日曜日

研究総説が科学誌に受理されました!!(2015-03)

2015年2月22日



植物と緑藻の光環境適応メカニズムの差異や、研究最前線の現状をまとめた総説が科学誌The Plant Journalに受理されました。

総説のタイトルおよび要約は下記の通りです。


-Title-

Dynamic Regulation of Photosynthesis in Chlamydomonas reinhardtii


-Authors-
Jun Minagawa and Ryutaro Tokutsu

-Summary-
Plants and algae have acquired the ability to acclimate to ever-changing environments to survive. During photosynthesis, light energy is converted by several membrane protein supercomplexes into electrochemical energy, which is eventually used to assimilate CO2. The efficiency of photosynthesis is modulated by many environmental factors, including temperature, drought, CO2 concentration, and quality and quantity of light. Recently, our understanding of such regulators of photosynthesis and the underlying molecular mechanisms has increased considerably. The photosynthetic supercomplexes undergo supramolecular reorganizations within a short time after receiving environmental cues. These reorganizations include state transitions that balance the excitation of the two photosystems, qE quenching that thermally dissipates excess energy at the level of the light-harvesting antenna, and cyclic electron flow that supplies the increased ATP demanded by CO2 assimilation and the ΔpH to activate qE quenching. This review will focus on recent findings regarding the environmental regulation of photosynthesis in model organisms, paying particular attention to the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii, which offers a glimpse into the dynamic behavior of photosynthetic machinery in nature.

これまでの高等植物と藻類の光合成・光環境適応メカニズムの研究から明らかになったこと、そして残されている課題、今後の研究展望等をまとめた総説になっていますので、興味を持たれた方は、是非こちらから!



2015年2月19日木曜日

研究成果論文が科学誌に受理されました!!(2015-02)

2015年2月19日





当研究室とドイツのMichael Hipppler教授の研究室との共同研究成果が、研究論文として科学誌のPlant Physiologyに受理されました。

論文のタイトルおよび要旨は下記の通りです。

-Title-

PSBR is required for efficient binding of LHCSR3 to photosystem II - light-harvesting supercomplexes in Chlamydomonas reinhardtii. 


-Authors-
Huidan Xue, Ryutaro Tokutsu, Sonja Verena Bergner, Martin Scholz, Jun Minagawa, and Michael Hippler.


-Abstract-
In Chlamydomonas reinhardtii the LHCSR3 protein is crucial for efficient energy-dependent thermal dissipation of excess absorbed light energy and functionally associates with PSII-LHCII supercomplexes. Currently, it is unknown of how LHCSR3 binds to the PSII-LHCII supercomplex. In this study we investigated the role of PSBR, an intrinsic membrane-spanning PSII subunit, in binding of LHCSR3 to PSII-LHCII supercomplexes. Down regulation of PSBR expression diminished the efficiency of oxygen evolution and the extent of non-photochemical quenching (NPQ) and had an impact on the stability of the oxygen-evolving complex as well as on PSII-LHCII-LHCSR3 supercomplex formation. Its down regulation destabilized the PSII-LHCII supercomplex and strongly reduced binding of LHCSR3 to PSII-LHCII supercomplexes as revealed by quantitative proteomics. PSBP deletion on the contrary destabilized PSBQ binding but did not affect PSBR and LHCSR3 association with PSII-LHCII. In summary, the data provide clear evidence that PSBR is required for stable binding of LHCSR3 to PSII-LHCII supercomplexes, essential for efficient qE quenching, and integrity of the PSII-LHCII-LHCSR3 supercomplex under continuous high light.

論文pdfはこちら


-簡単な解説-
 これまでの研究から、緑藻の光合成反応の現場である葉緑体の中では、光の変化に応じて、様々な生物反応がダイナミックに展開されていることが分かってきました。その中でも強い光、特に光合成の許容量を超えるような過剰な光から光合成器官を守るために、緑藻はqEクエンチングと呼ばれる『余分な光エネルギーを消去する』反応を駆動することが分かっています。また、このqEクエンチングには、LHCSR3と呼ばれるタンパク質が必須であり、これまでの研究から、LHCSR3は光化学系2複合体に結合して機能することが分かっています。
 本研究では、緑藻クラミドモナスを用い、LHCSR3がどのようにして光化学系2に結合しているのかを明らかにしようと試みました。本研究で着目した、光化学系2複合体の構成サブユニットの一つであるPSBRは、これまでその機能は多くは分かっていませんでした。本研究では、RNAi法を用いることでPSBRの発現を抑制した変異株を作成し、qEクエンチングへの影響および、光化学系2-LHCSR3間の結合能を評価しました。
 結果として、PSBRはLHCSR3と直接的に相互作用している可能性が示され、緑藻のqEクエンチングはLHCSR3がPSBRを介して光化学系2へと結合することで活性化することが強く示唆されました。

2015年2月6日金曜日

研究成果論文が科学誌に受理されました!!(2015-01)

2015年2月6日


ミドリイシ系サンゴ

サンゴに共生し、光合成産物を供給する褐虫藻

褐虫藻の持つ遺伝子の進化


当研究室と沖縄科学技術大学院大学(OIST)の佐藤矩行教授の研究室との共同研究成果が、研究論文として科学誌PLoS Oneに受理されました。

総説のタイトルおよび要約は下記の通りです。


-Title-

Diversification of light harvesting complex gene family via intra- and intergenic duplications in the coral symbiotic alga Symbiodinium


-Authors-
Shinichiro Maruyama, Eiichi Shoguchi, Nori Satoh, and Jun Minagawa.

-Summary-
The light-harvesting complex (LHC) is an essential component in light energy capture and transduction to facilitate downstream photosynthetic reactions in plant and algal chloroplasts. The unicellular dinoflagellate alga Symbiodinium is an endosymbiont of cnidarian animals, including corals and sea anemones, and provides carbohydrates generated through photosynthesis to host animals. Although Symbiodinium possesses a unique LHC gene family, called chlorophyll a-chlorophyll c2-peridinin protein complex (acpPC), its genome-level diversity and evolutionary trajectories have not been investigated. Here, we describe a phylogenetic analysis revealing that many of the LHCs are encoded by highly duplicated genes with multi-subunit polyprotein structures in the nuclear genome of Symbiodinium minutum. This analysis provides an extended list of the LHC gene family in a single organism, including 80 loci encoding polyproteins composed of 145 LHC subunits recovered in the phylogenetic tree. In S. minutum, 5 phylogenetic groups of the Lhcf-type gene family, which is exclusively conserved in algae harboring secondary plastids of red algal origin, were identified. Moreover, 5 groups of the Lhcr-type gene family, of which members are known to be associated with PSI in red algal plastids and secondary plastids of red algal origin, were identified. Notably, members classified within a phylogenetic group of the Lhcf-type (group F1) are highly duplicated, which may explain the presence of an unusually large number of LHC genes in this species. Some gene units were homologous to other units within single loci of the polyprotein genes, whereas intergenic homologies between separate loci were conspicuous in other cases, implying that gene unit ‘shuffling’ by gene conversion and/or genome rearrangement might have been a driving force for diversification. These results suggest that vigorous intra- and intergenic gene duplication events have resulted in the genomic framework of photosynthesis in coral symbiont dinoflagellate algae.

オンライン論文はコチラ

-簡単な解説-
 サンゴなど刺胞動物の共生藻として知られる褐虫藻Symbiodinium(渦鞭毛藻の一種)は光合成により光エネルギーを糖などに変えて宿主に供給しています。褐虫藻のゲノムには光合成において重要な役割と果たす光受容アンテナ複合体の遺伝子が数多く存在することが知られていますが、どのようにしてそれらの膨大な数の遺伝子が進化してきたのかは分かっていませんでした。
 今回の研究では、褐虫藻の持つ光受容アンテナ複合体遺伝子を全ゲノム規模で分子系統学的に解析することにより、ある特定の遺伝子ファミリーで爆発的に遺伝子数が増加していること、遺伝子数の増大は「遺伝子間重複」と「遺伝子内重複」という過程を繰り返して生じてきたこと、また生物史的にはこうした遺伝子重複は褐虫藻が種分化する以前に起きていたことが示されました。今回の成果により、褐虫藻がサンゴなどとの共生関係を営む上で、実際にどのように光合成機能を維持しているのかを研究する上での重要な足がかりが得られました。


2015年1月12日月曜日

Benjamin Bailleul 博士の来訪

2015年1月12〜20日

ベルギー・リエージェ大学よりBenjamin Bailleul博士が来訪しました。

Bailleul博士は、光合成・分光学の専門であり、その知識・技術を研究室メンバーにレクチャーしていただきました。



光合成電子伝達の測定原理をレクチャーするBailleul博士


さらに、研究室メンバーとも屋外活動で親交を深めました!
やはり本場(Bailleul博士はフランス生まれ)仕込みの技術はひと味違った?ようです。

では、ペタンクをハジメマース

なかなか難しい角度かも。。。?

決着!?

研究・屋外活動ともに楽しく過ごせたようでなによりです!

2014年10月1日水曜日

高橋俊一 准教授が着任しました!

2014年10月1日

研究室の新たなメンバーとして、高橋俊一 准教授が着任しました!
今後、研究室をさらに盛り上げてくれると思います!


オーストラリアにて

☆高橋 准教授の自己紹介☆

10月1日付で環境光生物学研究部門(皆川純教授)の准教授として着任しました高橋です。9年半ぶりに基生研にどもってきました。

学位取りたての私に研究の場所を提供してくれたのが、基生研でした。沢山のことを学んだ場所で、また研究できることを嬉しく思っています。

私の研究の専門は光合成ですが、興味はサンゴと藻類の共生や、その共生関係が崩れる白化です。専門分野から離れたことに興味を持ってしまい、苦労していますが、凄く楽しんでいます。

基生研を出て戻ってくるまでの間、ずっとオーストラリアにいました。海外の生活を楽しむためにゴルフ・サーフィン・釣りを試しましたが、どれも長続きせず、結局、オーストラリアでの楽しみは「日本のドラマを見る」ことになっていました。

この反省を活かし、岡崎ではもう少し健康的でクールな楽しみを見つけたいと思っています。何か良い機会があれば、誘って下さい。これからどうぞよろしくお願いします。

2014年7月22日火曜日

2014年度 集合写真

2014年7月22日


今年も研究室の集合写真撮影を行いました。

研究室のお茶スペース・サンゴ水槽前にて


左側より

前列:大西、小菅、皆川、Yousef、加藤、岸本
中列:米澤、小島、星、門脇、鎌田
後列:山崎、丸山、得津、相原


今回の集合写真ができるまで...

今年はボスの隣は早い者勝ち!
あれ?そういえば一人足りない...小菅君は!?


『ギリギリセーフ!!』(汗だく)
いやいや、ギリギリすぎでしょー(一同)

あれ?今年は変なこと言わないんですか(得津)
いやいや、前もって言っててもらわないと用意できないよねー(丸山)
あ、(アメリカから輸入した)ペタンクボール持つとかどうですか?(山崎)
イイネ!(一同)


それでは皆さん、『はい、ぺータンク!!』
ペタンクとは、パワーとスピードの肉弾戦、時には戦略と戦術が絡み合う知略戦、時には運が勝者と敗者を残酷に決める過酷なスポーツである!!

今年も、ペタンクチーム『ビギナーズラックス』ともども、皆川研究室をどうぞよろしくお願い致します!!



2014年7月2日水曜日

2014年 体験入学

2014年6月某日より10日間


本年度も、当研究室では体験入学生を受け入れました。
今回は、東工大の修士課程学生で、今後研究者になるべく博士後期課程の行き先を考えているとのこと。

10日間、研究室にて培養、分光、生化学実験を一通り経験してもらいました。



現在専攻しているのが、生物物理分野ということもあり、独創的な発想力により研究室メンバーを熱いディスカッションを繰り広げていました。





以下、体験入学の感想を送ってくれましたので掲載致します(本人の許可有り)。

“私は現在、生物物理の分野での研究を行っており、今回の体験入学では生化学や生理学における実験やその考え方を知ることができ、非常に新鮮で楽しかったです。
助教の方をはじめ研究室の方々には非常に丁寧に実験方法や研究内容などをお教えして頂き、ありがたかったです。
この体験入学は、自分の将来を考える上でも本当に良い経験となりました。10日間、本当にありがとうございました。”

また縁があれば、是非一緒に研究しましょう!