共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 光合成器官の光環境適応機構の分子レベルでの解析
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 岡山大学理学部生物学科
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

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 皆川純 北大低温研 助教授

研究目的 植物の生育環境の中で光環境の変化は極めて大きく、暗黒の夜の他に、昼間でも光条件は大きく変動する。植物はこの様に異なる環境に適応して光合成を行っている。光合成器官は光合成反応を暗所では停止し、明所では光を最も効率よく利用できるようにその構造をダイナミックに改変する。さらに、過度な強光下では光合成器官の損傷が生じるが、この光損傷を最小限にするとともに損傷の修復を効率よく行う。したがって，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連していると言えるが、その分子的基盤の解明は遅れており、解析の進展が期待されている。
　　
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の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とエネルギー変換反応の環境適応機構を解析した。
　まず光エネルギーを効率よく捕集し2つの光化学系に分配する，「ステート遷移」と呼ばれる機構の分子基盤の従来の解明を発展させ、ステート遷移により2つの光化学系間を移動するアンテナ複合体のクロロフィル結合量を定量した。まず、ステート2で単離されるPSI-LHCI/II supercomplexからmonomeric LHCIIが塩濃度を高めると解離することを見いだし、PSI-LHCIとmonomeric LHCIIを100mMNaCl存在下でゲル濾過カラムクロマトグラフィーを用いて分離した。得られた標品を凍結乾燥し、有機溶媒で光合成色素を抽出し、クロロフィルを分光学的に定量した。その結果、PSI-LHCIとmonomeric LHCIIにはほぼ等量のクロロフィルが存在することが明らかにされ、予想外に多くのクロロフィルがmonomeric LHCIIに存在することが分かった。
　ステート遷移に伴い直線型と循環型の電子伝達反応の活性が制御されることが知られている。これらの電子伝達反応には、光化学系1の還元側の電子伝達体であるferredoxin（フェレドキシン）とferredoxin-NADP oxidoreductase（FNR）が重要な役割を果たしている。そこで、ステート1と2の細胞から得られたチラコイド膜のFNRの量を分析したところ、FNRがチラコイド膜に安定に結合するのはステート状態の時であることが分かった。そこで、この膜を温和な条件で可溶化し、ショ糖密度勾配超遠心法で分離すると、安定に結合したFNRは、PSI-LHCI/II supercomplex画分に分離されることを明らかにした。さらに、この結合型FNRのNADP光還元活性はフェレドキシン存在下で存在することを見いだした。ステート遷移に伴い、FNRが光化学系1に安定に結合するようになる現象は初めての報告であり、循環的電子伝達反応との関与を明らかにすることは今後の興味深い課題である。
　　
成果となる論文・学会発表等 Norikazu Ohnishi， Yasuhiro Kashino， Kazuhiko Satoh shin-ichiro Ozawa and Yuichiro Takahashi， Chloroplast-encoded polypeptide PsbT is involved in the repair and stability of the primary electron acceptor QA of photosystem II.， Journal of Biological Chemistry 282 (2007) 7107-7115