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進化すると色素タンパク質が増える? 珪藻の光化学系I-集光性色素タンパク質複合体の立体構造解明

岡山大学
筑波大学
理化学研究所
京都大学
兵庫県立大学
基礎生物学研究所
神戸大学

 岡山大学異分野基礎科学研究所の長尾遼特任講師、加藤公児特任准教授、秋田総理准教授、沈建仁教授、筑波大学生存ダイナミクス研究センターの宮崎直幸助教らの共同研究グループは、理化学研究所堂前直ユニットリーダー、京都大学伊福健太郎准教授、兵庫県立大学菓子野康浩准教授、基礎生物学研究所内山郁夫准教授、神戸大学秋本誠志准教授との共同研究により、クライオ電子顕微鏡を用いて、海産性珪藻の光化学系I-集光性色素タンパク質複合体の立体構造解析に成功しました。この結果から、光合成生物が多様な光環境に適応するために、集光性色素タンパク質の数や結合様式を調整することを明らかにしました。本研究成果は5月18日、英国の科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。
 本研究成果は、光合成生物がなぜ多様な色を持ち、生育の場所を拡大してきたのか?という問いに対する知見を与えるものです。色の多様性は光合成生物の生存戦略の一環です。生育の場所を拡大できたのは、珪藻が褐色を呈することで、水中を透過する限られた光エネルギーを効率よく利用しているからです。また、珪藻の光化学系Iタンパク質に結合する集光性色素タンパク質が比較的深い海中に生息する紅藻や陸上に生息する緑色植物と大きく異なることがわかりました。この成果は、光合成生物の集光性色素タンパク質の多様性を紐解く知見となり、なぜ光合成生物は見た目の色が異なるのか?という進化的な知見を提供するものです。

◆発表のポイント

  • 光合成生物の特徴の一つである見た目の色の違いが存在する理由を解き明かすため、褐色を呈する海洋珪藻由来の光化学系I-集光性色素タンパク質の立体構造をクライオ電子顕微鏡により決定しました。
  • 珪藻の光化学系Iの周りに16個の集光性色素タンパク質が結合していることが判明しました。紅藻の光化学系I-集光性色素タンパク質構造と比較すると、珪藻では集光性タンパク質の増加および独特な結合様式であることがわかりました。
  • 光合成生物の進化において、集光性色素タンパク質の数の調節が環境応答や生存戦略として重要である可能性が示唆されました。
図. 珪藻の光化学系I-FCP複合体の全体構造(A)と色素分子の配置(B)。(A)黄色は光化学系I、桃色はFCP。(B)珪藻の光化学系I-FCP複合体中の色素分子の配置。緑色はクロロフィル、黄色・橙色はカロテノイド。
■論文情報
論 文 名:“Structural basis for assembly and function of a diatom photosystem I-light harvesting supercomplex”
「珪藻光化学系I-FCPの分子集合と機能に関する構造基盤」
掲 載 紙:Nature Communications
著  者:Ryo Nagao, Koji Kato, Kentaro Ifuku, Takehiro Suzuki, Minoru Kumazawa, Ikuo Uchiyama, Yasuhiro Kashino, Naoshi Dohmae, Seiji Akimoto, Jian-Ren Shen, Naoyuki Miyazaki and Fusamichi Akita
D O I:10.1038/s41467-020-16324-3.

<お問い合わせ>
岡山大学 異分野基礎科学研究所
特任講師 長尾 遼 (ながお りょう)
(電話番号)086-251-8630
(FAX) 086-251-8502

同上
准教授 秋田 総理(あきた ふさみち)
(電話番号)086-251-8630
(FAX) 086-251-8502

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