共同研究報告書提出

共同研究報告書

研究区分	一般研究
研究課題	光合成光化学系の構造と機能の解析
研究代表者／所属	岡大理学部
研究代表者／職名	教授
研究代表者／氏名	高橋裕一郎

研究分担者／氏名／所属／職名
	氏　　名	所　　属	職　　名
01	田中歩	北大低温研	教授
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55

研究目的	自然界の植物は弱光や強光条件下で光合成反応を効率良く進行させている。光合成反応を弱光下で進めるため、光エネルギーを効率良く集めるアンテナ色素を発達してきた。一方、強光下では利用されなかった光エネルギーが植物細胞に有害な活性酸素などを生成し、光化学系2が光阻害を受けるので、それを回避し損傷から回復するシステムを獲得してきた。このような光阻害は低温下で著しくなる。光化学系の構造を解析することにより、光阻害の分子機構を明らかにし、低温下における植物の光合成反応の分子機構の解明の基礎的なデータを得ることが本研究の目的である。

研究内容・成果	光化学系2は光エネルギーを利用して水からプラストキノンへの電子伝達反応を駆動する。この反応により水分子は酸化されプロトンと酸素を発生する。光化学系2の特徴の一つは、光により損傷を容易に受けることである。ここでは葉緑体遺伝子にコードされた小型で疎水的なサブユニットPsbTの光化学系2の光阻害における役割について解析した。　本研究では葉緑体遺伝子の特異的な形質転換が可能で、強光を細胞に当てる光阻害の実験に適した単細胞の緑藻クラミドモナスを実験材料に用いた。葉緑体遺伝子psbTを欠損させた葉緑体形質転換株delta-psbTは葉緑体形質転換により作出した。　PsbTは光化学系2コア複合体に存在する。このコア複合体を部分解体し分離したサブコア複合体への分布を調べたところ、PsbTの一部は遊離したが、大部分は反応中心標品に結合することが明らかになり、新しい反応中心の成分であることが分かった。　クラミドモナスのdelta-psbT株は光合成的に生育するため、PsbTは光化学系2の機能に必須な成分ではないと考えられるが、強光照射下では細胞の生育は著しく阻害される。その原因として、（1）光化学系2の光損傷をPsbTが防ぐ、（2）損傷を受けた光化学系2の修復をPsbTが促進する、のいずれかもしくは両方が考えられる。タンパク合成阻害剤のクロラムフェニコールを加え修復を阻害し、野生株とdelta-psbT株の光化学系2活性の光阻害速度を比べたところ、両者に差が認められなかった。しかし、強光により活性を半分程度阻害した後、弱光下での活性の回復を観察すると、delta-psbTは野生株の3-4倍程度遅くなっていることが明らかになった。以上の結果から、PsbTは光損傷を受けた光化学系2の回復の効率を高めること、また強光下で光合成反応を維持するには、光損傷を受けた光化学系2を効率良く修復することが不可欠であることを示している。　さらに、光損傷を受けた光化学系2の回復過程は、損傷を受けたタンパクの置換、失われたコファクターの再構成などを含むが、それらのうちどの過程にPsbTが関与するのであろうか。これまでのところ、タンパク合成、光化学系2複合体への分子集合、コファクターの含量、などに野生株とdelta-psbT株の間に大きな差は認められなかった。興味深いことに、QAの光還元活性の回復がdelta-psbT株で遅くなっていた。従って、PsbTはQAの光阻害後の回復を促進する役目を果たしていることが考えられる。このサブユニットは反応中心に結合しているので、D2タンパクのQA結合部位の機能的な構造形成を支えているのかもしれない。　低温での光合成器官の光阻害の分子機構に関する研究を進めるに至らなかったが、本研究で得られた成果は、今後の研究を大きく進展させることと期待される。