2025/04/02 更新

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オケガワ ユキ
桶川 友季
Okegawa Yuki
所属
学術研究院先鋭研究領域(資源植物) 准教授
職名
准教授
外部リンク

学位

  • 博士(農学) ( 九州大学 )

研究キーワード

  • 光合成

  • チオレドキシン

  • 光化学系Iサイクリック電子伝達

研究分野

  • ライフサイエンス / 植物分子、生理科学

経歴

  • 岡山大学   資源植物科学研究所   准教授

    2025年1月 - 現在

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  • 岡山大学   資源植物科学研究所   助教

    2021年4月 - 2024年12月

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  • 京都産業大学 植物科学研究センター   研究員

    2020年4月 - 2021年3月

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  • 京都産業大学   Faculty of Life Sciences   研究助教

    2015年4月 - 2020年3月

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  • 京都産業大学   Faculty of Life Sciences   プロジェクト助教

    2010年4月 - 2015年3月

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所属学協会

委員歴

  • 日本植物生理学会   編集委員補  

    2021年1月 - 2022年12月   

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論文

  • PCP Research Highlights: Regulatory Role of Three Important Post-Translational Modifications in Chloroplast Proteins. 査読

    Yuki Okegawa

    Plant & cell physiology   64 ( 10 )   1119 - 1123   2023年9月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcad097

    PubMed

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  • x- and y-type thioredoxins maintain redox homeostasis on photosystem I acceptor side under fluctuating light. 査読 国際誌

    Yuki Okegawa, Nozomi Sato, Rino Nakakura, Ryota Murai, Wataru Sakamoto, Ken Motohashi

    Plant physiology   193 ( 4 )   2498 - 2512   2023年8月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Plants cope with sudden increases in light intensity through various photoprotective mechanisms. Redox regulation by thioredoxin (Trx) systems also contributes to this process. Whereas the functions of f- and m-type Trxs in response to such fluctuating light conditions have been extensively investigated, those of x- and y-type Trxs are largely unknown. Here, we analyzed the trx x single, trx y1 trx y2 double, and trx x trx y1 trx y2 triple mutants in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). A detailed analysis of photosynthesis revealed changes in photosystem I (PSI) parameters under low light in trx x and trx x trx y1 trx y2. The electron acceptor side of PSI was more reduced in these mutants than in the wild type. This mutant phenotype was more pronounced under fluctuating light conditions. During both low- and high-light phases, the PSI acceptor side was largely limited in trx x and trx x trx y1 trx y2. After fluctuating light treatment, we observed more severe PSI photoinhibition in trx x and trx x trx y1 trx y2 than in the wild type. Furthermore, when grown under fluctuating light conditions, trx x and trx x trx y1 trx y2 plants showed impaired growth and decreased level of PSI subunits. These results suggest that Trx x and Trx y prevent redox imbalance on the PSI acceptor side, which is required to protect PSI from photoinhibition, especially under fluctuating light. We also propose that Trx x and Trx y contribute to maintaining the redox balance even under constant low-light conditions to prepare for sudden increases in light intensity.

    DOI: 10.1093/plphys/kiad466

    PubMed

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  • Functional division of f-type and m-type thioredoxins to regulate the Calvin cycle and cyclic electron transport around photosystem I. 査読

    Yuki Okegawa, Wataru Sakamoto, Ken Motohashi

    Journal of plant research   135 ( 4 )   543 - 553   2022年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Redox regulation of chloroplast proteins is necessary to adjust photosynthetic performance with changes in light. The thioredoxin (Trx) system plays a central role in this process. Chloroplast-localized classical Trx is a small redox-active protein that regulates many target proteins by reducing their disulfide bonds in a light-dependent manner. Arabidopsis thaliana mutants lacking f-type Trx (trx f1f2) or m-type Trx (trx m124-2) have been reported to show delayed reduction of Calvin cycle enzymes. As a result, the trx m124-2 mutant exhibits growth defects. Here, we characterized a quintuple mutant lacking both Trx f and Trx m to investigate the functional complementarity of Trx f and Trx m. The trx f1f2 m124-2 quintuple mutant was newly obtained by crossing, and is analyzed here for the first time. The growth defects of the trx m124-2 mutant were not enhanced by the lack of Trx f. In contrast, deficiencies of both Trxs additively suppressed the reduction of Calvin cycle enzymes, resulting in a further delay in the initiation of photosynthesis. Trx f appeared to be necessary for the rapid activation of the Calvin cycle during the early induction of photosynthesis. To perform effective photosynthesis, plants seem to use both Trxs in a coordinated manner to activate carbon fixation reactions. In contrast, the PROTON GRADIENT REGULATION 5 (PGR5)-dependent cyclic electron transport around photosystem I was regulated by Trx m, but not by Trx f. Lack of Trx f did not affect the activity and regulation of the PGR5-dependent pathway. Trx f may have a higher specificity for target proteins, whereas Trx m has a variety of target proteins to regulate overall photosynthesis and other metabolic reactions in the chloroplasts.

    DOI: 10.1007/s10265-022-01388-7

    PubMed

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  • Maintaining the Chloroplast Redox Balance through the PGR5-Dependent Pathway and the Trx System Is Required for Light-Dependent Activation of Photosynthetic Reactions. 査読

    Yuki Okegawa, Natsuki Tsuda, Wataru Sakamoto, Ken Motohashi

    Plant & cell physiology   63 ( 1 )   92 - 103   2022年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Light-dependent activation of chloroplast enzymes is required for the rapid induction of photosynthesis after a shift from dark to light. The thioredoxin (Trx) system plays a central role in this process. In chloroplasts, the Trx system consists of two pathways: the ferredoxin (Fd)/Trx pathway and the NADPH-Trx reductase C (NTRC) pathway. In Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) mutants defective in either pathway, photoreduction of thiol enzymes was impaired, resulting in decreased carbon fixation. The close relationship between the Fd/Trx pathway and PROTON GRADIENT REGULATION 5 (PGR5)-dependent photosystem I cyclic electron transport (PSI CET) in the induction of photosynthesis was recently elucidated. However, how the PGR5-dependent pathway is involved in the NTRC pathway is unclear, although NTRC has been suggested to physically interact with PGR5. In this study, we analyzed Arabidopsis mutants lacking either the PGR5 or the NADH dehydrogenase-like (NDH)-dependent PSI CET pathway in the ntrc mutant background. The ntrc pgr5 double mutant suppressed both the growth defects and the high non-photochemical quenching (NPQ) phenotype of the ntrc mutant when grown under long-day conditions. By contrast, inactivation of NDH activity with the chlororespiratory reduction 2-2 (crr2-2) mutant failed to suppress either phenotype. We discovered that the phenotypic rescue of ntrc by pgr5 is caused by the partial restoration of Trx-dependent reduction of thiol enzymes during the induction of photosynthesis. These results suggest that electron partitioning to the PGR5-dependent pathway and the Trx system needs to be properly regulated for activation of the Calvin-Benson-Bassham cycle enzymes during the induction of photosynthesis.

    DOI: 10.1093/pcp/pcab148

    PubMed

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  • As Clear as Night and Day: Redox-Dependent Metabolic Switching in Chloroplasts. 査読

    Yuki Okegawa

    Plant & cell physiology   62 ( 3 )   389 - 391   2021年7月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcab015

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MISC

  • シロイヌナズナにおいて光化学系Iサイクリック電子伝達は厳密に制御されている 招待 査読

    桶川友季

    光合成研究   31   154 - 161   2021年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者  

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  • チオレドキシンシステムによる光合成の調節機構 ~変動する光環境で植物はどのように効率良く光合成を行っているのか?~ 招待 査読

    桶川 友季, 本橋 健

    化学と生物 (日本農芸化学会)   56 ( 7 )   452 - 453   2018年6月

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    記述言語:日本語  

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  • 新規な光合成サイクリック電子伝達阻害剤の探索

    平純考, 桶川友季, 杉本和彦, 安部真人, 三芳秀人, 鹿内利治

    日本植物生理学会年会要旨集   52nd   187   2011年3月

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講演・口頭発表等

  • 新規な光合成サイクリック電子伝達阻害剤の探索

    平純考, 桶川友季, 杉本和彦, 安部真人, 三芳秀人, 鹿内利治

    日本植物生理学会年会要旨集  2011年3月11日 

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    開催年月日: 2011年3月11日

    記述言語:日本語  

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  • シロイヌナズナ[CO2]変動応答性遺伝子発現に対する光化学系I サイクリック電子伝達(CEF-PSI)の関与

    山本 宏, 桶川 友季, 深澤 美津江, 林 誠, 鹿内 利治

    第50回日本植物生理学会年会  2009年3月 

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    開催年月日: 2009年3月

    記述言語:日本語  

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  • イネにおける光化学系Iサイクリック電子伝達の生理機能解明

    桶川 友季, 山本 宏, 遠藤 剛, 小林 善親, 鹿内 利治

    第50回日本植物生理学会年会  2009年3月 

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    開催年月日: 2009年3月

    記述言語:日本語  

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  • Photoprotective mechanism of Photosystem I by the thioredoxin system under fluctuating light conditions. 2nd Asia-Oceania International Congress on Photosynthesis

    Okegawa Y., Motohashi K., Sakamoto W.

    2nd Asia-Oceania International Congress on Photosynthesis  2024年9月 

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    会議種別:ポスター発表  

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共同研究・競争的資金等の研究

  • レドックスを基盤とした光合成機能スイッチングの環境適応原理

    研究課題/領域番号:23H04961  2023年04月 - 2028年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    吉田 啓亮, 桶川 友季, 園池 公毅

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    配分額:114270000円 ( 直接経費:87900000円 、 間接経費:26370000円 )

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  • 光合成ユビキティ:あらゆる地球環境で光合成を可能とする超分子構造制御

    研究課題/領域番号:23H04957  2023年04月 - 2028年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    栗栖 源嗣, 斉藤 圭亮, 山本 大輔, 白井 剛, 坂本 亘, 日原 由香子, 広瀬 侑, 丸山 真一朗, 田中 亮一, 皆川 純, 吉田 啓亮, 桶川 友季

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    配分額:111280000円 ( 直接経費:85600000円 、 間接経費:25680000円 )

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  • チオレドキシンによるPGR5/PGRL1依存経路の制御機構とその生理的意義の解明

    研究課題/領域番号:21K06219  2021年04月 - 2024年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    桶川 友季

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    配分額:4290000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:990000円 )

    光化学系I (PSI) サイクリック電子伝達は光防御機構の誘導に重要な役割を果たす。最近私たちは、PSIサイクリック電子伝達経路の1つであるPGR5/PGRL1依存の経路がレドックスタンパク質であるチオレドキシン(Trx)によって制御されることを明らかにした。しかし制御の詳細な分子機構やその生理的意義など今後明らかにしなければならない課題は多い。そこで本研究ではPGR5/PGRL1依存経路の制御にどのような生理的意義があるかを解明することを目的に研究を進めている。
    本年度はPSIサイクリック電子伝達がPSI以降の還元力(電子)分配に与える影響を調べた。葉緑体ストロマではチラコイド膜上での電子伝達反応で生じた還元力(電子)を利用して様々な代謝反応がおこなわれる。PSIサイクリック電子伝達活性が上昇したPGR5の過剰発現株ではTrx依存のカルビンサイクルの酵素の活性化が抑制されることが明らかになった。その一方で、カルビンサイクルの酵素の活性化が抑制されたNTRCタンパク質の欠損変異株(ntrc)バックグラウンドでPSIサイクリック電子伝達を欠損させると酵素の活性化は回復した。またntrc変異株で見られた生育阻害も抑制された。この結果からPGR5依存のPSIサイクリック電子伝達はカルビンサイクルの酵素の活性化に影響を与えるほど活性が大きく、効率的な光合成の誘導にはPSIサイクリック電子伝達活性は厳密に制御される必要があることが明らかになった。これらの結果は論文として報告した。
    さらにTrxの変異体解析からf型Trxではなくm型Trxが特異的にPGR5依存のPSIサイクリック電子伝達の制御に関わることを明らかにした。f型Trxの変異株ではPGR5依存のPSIサイクリック電子伝達活性に影響は見られなかった。この結果も論文として報告した。

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  • psbA欠失変異体の相補を利用したマーカーフリーな葉緑体の遺伝子組換え植物の作出

    研究課題/領域番号:20H02961  2020年04月 - 2024年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    寺地 徹, 山岸 博, 木村 成介, 桶川 友季

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    配分額:17550000円 ( 直接経費:13500000円 、 間接経費:4050000円 )

    高等植物で葉緑体の組換え体を得るためには、通常、組換え体を選抜するマーカー遺伝子を用いる。マーカー遺伝子の多くは細菌由来の抗生物質耐性遺伝子であり、葉緑体の組換え技術を野菜などの作物へ応用する際には、耐性遺伝子に対して消費者が良いイメージを持たず、作出された組換え作物に不安を抱くことが懸念される。そこで近年、耐性遺伝子を使わずに組換え体を選抜する「マーカーフリー」な組換え方法の開発が求められている。
    当研究室では、栽培タバコ(Nicotiana tabacum cv. SR1)を用いて葉緑体の組換え系統を多数作出してきた。その中には、自律複製能力のある葉緑体DNA断片を持つプラスミドを葉緑体に導入して得た系統があるが、#3-2と呼ぶ系統では、導入したプラスミドよりはるかに大きなプラスミドが保持されていることがわかっている。また、この系統の自殖第2代は、若い葉は緑色で生えてくるが、葉が発達して古くなるにつれ白色化してアルビノになるという、特徴的な表現型を示す。このアルビノタバコを次世代シークエンシングにより解析したところ、葉緑体ゲノム上にあるpsbAのコード領域が欠失していることが明らかとなった。
    本研究は、このアルビノタバコを材料に、psbAを相補することで白色の葉から緑色の形質転換体を作出することが可能か、またこの現象を利用して抗生物質を使用せずに組換え体を選抜できないかを検討することを目的としている。そのため今年度は、psbAを欠失しているアルビノタバコ(#3-2 T2)の特徴づけを昨年に引き続き行うとともに、psbAをアルビノタバコの葉に導入するために用いる葉緑体形質転換プラスミドの構築を行った。また、構築したプラスミドのDNAを、パーティクルボンバードメント法によりアルビノタバコの葉へ実際に射出し、緑色の組換え体が得られるか調査した。

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  • m型チオレドキシンによる光化学系Iサイクリック電子伝達の制御機構解明

    研究課題/領域番号:19H04733  2019年04月 - 2021年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)  新学術領域研究(研究領域提案型)

    桶川 友季

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    配分額:5330000円 ( 直接経費:4100000円 、 間接経費:1230000円 )

    光合成電子伝達経路の1つである光化学系I (PSI) サイクリック電子伝達は光合成と光防御に必須である。しかし、分子レベルでの制御機構や制御の生理的意義に関する研究はあまり進んでいなかった。そこで本研究では、レドックス制御タンパク質であるチオレドキシン (Trx) の標的タンパク質がPSIサイクリック電子伝達に関わるPGRL1であることを明らかにし、その制御機構を分子レベルで解明することを目的に研究をおこなった。研究材料として用いたシロイヌナズナの葉緑体には5タイプのTrx (f, m, x, y, z) が局在している。
    単離したチラコイド膜とTrxタンパク質を用いたin vitroの実験から、還元型のm型Trxが特異的にPSIサイクリック電子伝達を負に制御することを明らかにした。PGRL1のシステイン置換形質転換体を用いたin vivoの解析では、m型TrxがPGRL1の123番目のシステインとジスルフィド結合し、複合体を形成することによってPGR5/PGRL1依存のPSIサイクリック電子伝達を部分的に抑制することが明らかになった。またどのような条件でPSIサイクリック電子伝達が抑制または活性化されるかを調べるために様々な光条件で検討をおこなった。その結果、暗条件では形成されていたm型TrxとPGRL1の複合体が光照射によって一過的に解離することがわかった。これは光合成誘導期にPSIサイクリック電子伝達が活性化することを示唆した。これらの結果を論文として報告した。
    さらに変異体の解析からf型TrxとPGR5/PGRL1依存のPSIサイクリック電子伝達が光合成誘導期に協調的に効率的な光合成の立ち上がりに寄与することを明らかにした。両方を欠損したシロイヌナズナの変異株では葉緑体のストロマが過還元状態となり光合成電子伝達が抑制されていた。この結果も論文として報告した。

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