2025/09/24 更新

写真a

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

    PubMed

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  • The evolutionary conserved iron-sulfur protein TCR controls P700 oxidation in photosystem I. 査読 国際誌

    Mai Duy Luu Trinh, Daichi Miyazaki, Sumire Ono, Jiro Nomata, Masaru Kono, Hiroyuki Mino, Tatsuya Niwa, Yuki Okegawa, Ken Motohashi, Hideki Taguchi, Toru Hisabori, Shinji Masuda

    iScience   24 ( 2 )   102059 - 102059   2021年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.isci.2021.102059

    PubMed

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  • Evaluation of CBSX Proteins as Regulators of the Chloroplast Thioredoxin System. 査読 国際誌

    Ryota Murai, Yuki Okegawa, Nozomi Sato, Ken Motohashi

    Frontiers in plant science   12   530376 - 530376   2021年2月

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

    DOI: 10.3389/fpls.2021.530376

    PubMed

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  • Chloroplast ATP synthase is reduced by both f-type and m-type thioredoxins. 査読 国際誌

    Takatoshi Sekiguchi, Keisuke Yoshida, Yuki Okegawa, Ken Motohashi, Ken-Ichi Wakabayashi, Toru Hisabori

    Biochimica et biophysica acta. Bioenergetics   1861 ( 11 )   148261 - 148261   2020年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.bbabio.2020.148261

    PubMed

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  • Molecular and Biochemical Differences in Leaf Explants and the Implication for Regeneration Ability in Rorippa aquatica (Brassicaceae). 査読 国際誌

    Rumi Amano, Risa Momoi, Emi Omata, Taiga Nakahara, Kaori Kaminoyama, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Shuka Ikematsu, Yuki Okegawa, Tomoaki Sakamoto, Hiroyuki Kasahara, Hitoshi Sakakibara, Ken Motohashi, Seisuke Kimura

    Plants (Basel, Switzerland)   9 ( 10 )   1372   2020年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.3390/plants9101372

    PubMed

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  • M-type Thioredoxins Regulate the PGR5/PGRL1-dependent Pathway by Forming a Disulfide-linked Complex with PGRL1. 査読 国際誌

    Yuki Okegawa, Ken Motohashi

    The Plant cell   32 ( 12 )   3866 - 3883   2020年10月

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

    DOI: 10.1105/tpc.20.00304

    PubMed

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  • Cyclic electron transport around photosystem I contributes to photosynthetic induction with Thioredoxin f. 査読 国際誌

    Yuki Okegawa, Leonardo Basso, Toshiharu Shikanai, Ken Motohashi

    Plant physiology   184 ( 3 )   1291 - 1302   2020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: 10.1104/pp.20.00741

    PubMed

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  • Comparative transcriptomics with self-organizing map reveals cryptic photosynthetic differences between two accessions of North American Lake cress 査読

    Hokuto Nakayama, Tomoaki Sakamoto, Yuki Okegawa, Kaori Kaminoyama, Manabu Fujie, Yasunori Ichihashi, Tetsuya Kurata, Ken Motohashi, Ihsan Al-Shehbaz, Neelima Sinha, Seisuke Kimura

    Scientific Reports   8 ( 1 )   3302   2018年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Publishing Group  

    DOI: 10.1038/s41598-018-21646-w

    Scopus

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  • Expression of spinach ferredoxin-thioredoxin reductase using tandem T7 promoters and application of the purified protein for in vitro light-dependent thioredoxin-reduction system. 査読

    Okegawa Y, Motohashi K

    Protein expression and purification   121   46 - 51   2016年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.pep.2016.01.005

    Web of Science

    PubMed

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  • Application of preparative disk gel electrophoresis for antigen purification from inclusion bodies 査読

    Yuki Okegawa, Masanori Koshino, Teruya Okushima, Ken Motohashi

    PROTEIN EXPRESSION AND PURIFICATION   118   77 - 82   2016年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.pep.2015.10.008

    Web of Science

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  • A simple and ultra-low cost homemade seamless ligation cloning extract (SLiCE) as an alternative to a commercially available seamless DNA cloning kit 査読

    Yuki Okegawa, Ken Motohashi

    Biochemistry and Biophysics Reports   4   148 - 151   2015年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier B.V.  

    DOI: 10.1016/j.bbrep.2015.09.005

    Scopus

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  • Chloroplastic thioredoxin m functions as a major regulator of Calvin cycle enzymes during photosynthesis in vivo. 査読

    Okegawa Y, Motohashi K

    The Plant journal : for cell and molecular biology   84 ( 5 )   900 - 913   2015年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1111/tpj.13049

    Web of Science

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  • Evaluation of seamless ligation cloning extract preparation methods from an Escherichia coli laboratory strain 査読

    Yuki Okegawa, Ken Motohashi

    ANALYTICAL BIOCHEMISTRY   486   51 - 53   2015年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.ab.2015.06.031

    Web of Science

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  • Method for enhancement of plant redox-related protein expression and its application for in vitro reduction of chloroplastic thioredoxins 査読

    Ken Motohashi, Yuki Okegawa

    PROTEIN EXPRESSION AND PURIFICATION   101   152 - 156   2014年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.pep.2014.07.001

    Web of Science

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  • A Single Amino Acid Alteration in PGR5 Confers Resistance to Antimycin A in Cyclic Electron Transport around PSI 査読

    Kazuhiko Sugimoto, Yuki Okegawa, Akihiko Tohri, Terri A. Long, Sarah F. Covert, Toru Hisabori, Toshiharu Shikanai

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   54 ( 9 )   1525 - 1534   2013年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pct098

    Web of Science

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  • Antimycin A-like molecules inhibit cyclic electron transport around photosystem I in ruptured chloroplasts 査読

    Yoshichika Taira, Yuki Okegawa, Kazuhiko Sugimoto, Masato Abe, Hideto Miyoshi, Toshiharu Shikanai

    FEBS OPEN BIO   3   406 - 410   2013年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.fob.2013.09.007

    Web of Science

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  • PGR5-Dependent Cyclic Electron Transport Around PSI Contributes to the Redox Homeostasis in Chloroplasts Rather Than CO2 Fixation and Biomass Production in Rice 査読

    Yuri Nishikawa, Hiroshi Yamamoto, Yuki Okegawa, Shinya Wada, Nozomi Sato, Yoshichika Taira, Kazuhiko Sugimoto, Amane Makino, Toshiharu Shikanai

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   53 ( 12 )   2117 - 2126   2012年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcs153

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  • Physiological links among alternative electron transport pathways that reduce and oxidize plastoquinone in Arabidopsis 査読

    Yuki Okegawa, Yoshichika Kobayashi, Toshiharu Shikanai

    PLANT JOURNAL   63 ( 3 )   458 - 468   2010年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1111/j.1365-313X.2010.04252.x

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  • Arabidopsis thaliana PGR7 Encodes a Conserved Chloroplast Protein That Is Necessary for Efficient Photosynthetic Electron Transport 査読

    Hou-Sung Jung, Yuki Okegawa, Patrick M. Shih, Elizabeth Kellogg, Salah E. Abdel-Ghany, Marinus Pilon, Kimmen Sjoelander, Toshiharu Shikanai, Krishna K. Niyogi

    PLOS ONE   5 ( 7 )   e11688   2010年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1371/journal.pone.0011688

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  • Conserved role of PROTON GRADIENT REGULATION 5 in the regulation of PSI cyclic electron transport 査読

    Terri A. Long, Yuki Okegawa, Toshiharu Shikanai, Gregory W. Schmidt, Sarah F. Covert

    PLANTA   228 ( 6 )   907 - 918   2008年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1007/s00425-008-0789-y

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  • Characterization of factors affecting the activity of photosystem I cyclic electron transport in chloroplasts 査読

    Yuki Okegawa, Yugo Kagawa, Yoshichika Kobayashi, Toshiharu Shikanai

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   49 ( 5 )   825 - 834   2008年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcn055

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  • A balanced PGR5 level is required for chloroplast development and optimum operation of cyclic electron transport around photosystem I 査読

    Yuki Okegawa, Terri A. Long, Megumi Iwano, Seiji Takayama, Yoshichika Kobayashi, Sarah F. Covert, Toshiharu Shikanai

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   48 ( 10 )   1462 - 1471   2007年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcm116

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  • In vitro analysis of the PGR5-dependent cyclic electron transport 査読

    Yuki Okegawa, Yugo Kagawa, Yoshichika Kobayashi, Toshiharu Shikanai

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   48   S128 - S128   2007年

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    記述言語:英語  

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  • The pgr1 mutation in the Rieske subunit of the cytochrome b(6)f complex does not affect PGR5-dependent cyclic electron transport around photosystem I 査読

    Y Okegawa, M Tsuyama, Y Kobayashi, T Shikanai

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   280 ( 31 )   28332 - 28336   2005年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1074/jbc.M505703200

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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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  • 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:17H05730  2017年04月 - 2019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:6240000円 ( 直接経費:4800000円 、 間接経費:1440000円 )

    光化学系I(PSI)サイクリック電子伝達は、リニア電子伝達と同様に光合成と光防御機構に不可欠であることが証明されているが、その制御機構についてはあまり明らかになっていない。プロトン駆動力の形成に寄与するPSI サイクリック電子伝達の制御機構を明らかにすることはプロトン駆動力制御のネットワークの全貌解明に必要である。
    本年度は前年度に引き続き、チオレドキシン(Trx)がPSI サイクリック電子伝達を制御することを明らかにすることと、その制御においてTrx が標的とするタンパク質を同定することを目的に研究を進めた。
    前年度の研究から葉緑体ストロマに5グループあるTrxのうちm型Trx(Trx m3を除く)が特異的にPSIサイクリック電子伝達活性を抑制することを明らかにすることができた。そこで本年度はm型Trx が2 つあるPSI サイクリック電子伝達経路のどちらを抑制するかを調べるために、PSI サイクリック電子伝達の2つの変異株、crr2、pgr5 を用いて解析をおこなった結果、m型Trx がPGR5/PGRL1 依存の経路を抑制することを明らかにした。
    また、m 型Trx がどのタンパク質を標的とし、PSI サイクリック電子伝達を抑制しているかを明らかにすることを試みた。植物個体から抽出したタンパク質を非還元条件で電気泳動し、m型Trx 特異的な抗体を用いて検出した結果、m型Trx が何らかのタンパク質と相互作用している結果が得られた。分子量からPGRL1 がその候補の1 つとして考えられたため、PGRL1 特異的な抗体を用いて同様の実験をおこなったところ、同じ分子量の位置にバンドが確認できた。またそれぞれの欠損変異株でそのバンドが検出できないという結果から、PGRL1 がm 型Trx の標的タンパク質である可能性が示唆する結果を得ることができた。

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  • 葉緑体チラコイド内腔におけるレドックス制御機構の解明

    研究課題/領域番号:16K18573  2016年04月 - 2019年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    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 )

    高等植物の葉緑体では、ストロマだけでなくチラコイド膜を隔てた内腔にもレドックス制御システムが存在することがわかってきた。本研究の目的はこれまでにストロマからチラコイド内腔への還元力伝達に関与することが示唆されているHCF164とCcdAタンパク質を含めた還元力伝達システム全体の分子機構を明らかにすることである。シロイヌナズナの変異株を用いた表現型回復実験から、チラコイド内腔でのレドックス制御の重要性が明らかになった。またチラコイド内腔への還元力伝達に関与するチオレドキシンのアイソフォームを同定するためにチオレドキシンの欠損変異株および過剰発現株を作出し、評価をおこなった。

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  • 葉緑体ストロマからチラコイド内腔への還元力伝達機構の解明

    研究課題/領域番号:23770049  2011年 - 2012年

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

    桶川 友季

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    配分額:4550000円 ( 直接経費:3500000円 、 間接経費:1050000円 )

    植物の葉緑体内の酸化還元状態は昼と夜で大きく異なる。そのため、光合成関連酵素を初めとし、様々なタンパク質がその活性をレドックスによって制御される。しかしそれらのタンパク質がどのように制御されているかの詳細はわかっていない。本研究では、葉緑体のストロマにおいてタンパク質の制御に関与するチオレドキシンに注目した。突然変異株の解析からチオレドキシンが光合成の制御に大きく寄与していることが明らかになった。

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  • PGR5依存の光化学系Iサイクリック電子伝達経路の解明

    研究課題/領域番号:07J08015  2007年 - 2009年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    桶川 友季

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    配分額:2700000円 ( 直接経費:2700000円 )

    光化学系Iサイクリック電子伝達はリニア電子伝達と同様、光合成と葉緑体の光阻害回避の両方に必須である。これまでにモデル植物であるシロイヌナズナを使って変異株の解析が行われてきた。この重要性から考えて、サイクリック電子伝達の機能はイネでも当然保存されていると考えられる。本年度、私はイネにおけるサイクリック電子伝達の生報機能を解明することを目的に実験を進めた。サイクリック電子伝達に必須なタンパク質をノックダウンさせた形質転換植物ではサイクリック電子伝達活性が減少していた。それに伴い、光合成電子伝達速度も減少していた。これはシロイヌナズナの表現型と一致する。以上のことからイネにおいてもサイクリック電子伝達は光合成と光阻害の回避に必須であるということが証明された。
    またもう一つの研究として葉緑体分化と光合成に対するサイクリック電子伝達と葉緑体のプラスチドターミナルオキシダーゼであるPTOXの相互作用について遺伝学的に証明することを目的とし実験を行った。サイクリック電子伝達とPTOXの生理学的な関係を調べるために、両方の機能を欠損する突然変異株の解析を行ったところ、PSIサイクリック電子伝達の減少はPTOXを欠損するシロイヌナズナの突然変異株、immutansにおける葉の斑入りを抑制した。対照的にPTOXの欠損はcrr2pgr5における成長阻害の表現型を緩和した。crr2 immutans spgr5ではストロマの過還元と電子伝達の阻害が部分的に軽減されていた。本研究において様々な変異株のバックグラウンドを使うことによってオルタナティブな電子伝達の機能が初めて明らかとなったと言える。以上の結果から研究最終年度の目的を達成する結果が得られたと言える。本研究の研究成果については11月の関西光合成研究会および、3月の日本植物生理学会において口頭発表を行った。

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