共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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研究課題 |
光合成器官の光環境適応機構の解析 |
| 研究代表者／所属 | 岡山大学理学部 |
| 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 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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1 |
皆川純 | 北大低温研 | 助教授 |
| 研究目的 | 植物は異なる環境に適応して光合成を行うことができる。植物の生育環境の中で光環境の変化は大きく、夜は暗黒であるのはもちろんであるが、昼間でも光条件は大きく変動する。光合成器官は暗所ではその反応を停止することにより光合成産物の浪費を防ぎ、明所では最も効率よく光を利用できるようにその構造をダイナミックに改変している。さらに、過度な強光下では必要以上の光が吸収されるため光合成器官の損傷が生じるが、この光損傷を最小限にしさらに損傷を受けた光合成器官の修復が効率よく行う仕組みがある。このように光合成器官の光環境適応機構は複数の仕組みが有機的に関わっているが、本研究ではその仕組みの分子的基盤の解明を進める。 |
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| 研究内容・成果 | 本研究では実験モデル生物として優れている単細胞緑藻クラミドモナス（Chlamydomonas reinhardtii）を用いて、光合成器官の光化学系の光捕集システムのダイナミックな適応機構の生化学的解析を行った。特に集光性クロロフィルタンパク質（LHCII）が2つの光化学系に光エネルギーを再分配する分子機構として知られるステート遷移（State transition）の基礎過程を解析した。まずクラミドモナス細胞を光化学系2および光化学系1の活性が高いステート1とステート2の状態にそれぞれ誘導する条件を検討した。このステート遷移は2つの光化学系の間に機能する電子伝達成分であるプラストキノンの酸化還元状態により制御されていることが既に報告されている。そこでプラストキノンをより完全に酸化型あるいは還元型に誘導する条件を検討し，これまでの報告より完全な状態のステート遷移を誘導できる条件を見出した。次に，それぞれのステート状態における細胞からチラコイド膜を単離し，LHCIIの分布を生化学的に解析した。ステート1のチラコイド膜を界面活性剤のドデシルマルトシドで可溶化しクロロフィルタンパク質をショ糖密度勾配超遠心法で分離すると，LHCII，光化学系2，および光化学系1複合体に相当する3種の緑のバンドが分かれた。しかし，ステート2のチラコイド膜からはこれら3種のクロロフィルタンパク質の他に，分子量の大きな光化学系1複合体が新たに分離された。各画分のタンパク質を分析すると，ステート1では光化学系2にCP26，CP29，LHCII-TypeIIの3種のLHCIIが結合していたが，ステート2ではそれらは光化学系1に結合し，新たな分子量の大きな光化学系1複合体が分離されることが分かった。これらに結果から，ステート遷移に伴い量的に少ないLHCIIが光化学系1と2の間をシャトルすることにより光エネルギーの再分配を制御していることが示された。本研究により光合成器官が異なる光環境に適応して効率よく光合成反応を進行する機構の分子基盤が明らかにされ，光合成生物が光エネルギーを有効に利用する分子機構の全貌を解明する突破口が開かれたと考えられる。 |
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| 成果となる論文・学会発表等 | Identification of the mobile light-harvesting complex II polypeptides for state transition in Chlamydomonas reinhardtii Hiroko Takahashi， Masakazu Iwai， Yuichiro Takahashi and Jun Minagawa Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 (2006) 477-482. |