共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 光エネルギー変換装置の光環境適応の分子機構の解析
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 岡大院自然科学
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

研究目的 植物は大きく変動する光環境に適応して光合成を行っている。光合成反応で最も重要な光エネルギー変換装置は、光環境の変動に適応し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。しかし、この改変の分子的基盤の解明は遅れており、本研究では緑藻Chlamydomonas reinhardtiiを用いて、光エネルギー変換装置の光化学系および光捕集スステムの適応機構を解明する。特に、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」と呼ばれる機構の解明を進める。本研究により光合成器官が様々な光環境に適応して光合成反応を進める機構の分子基盤が明らかにされると期待される。
　　
研究内容・成果 　光エネルギー変換装置のうち光化学系1複合体の構造と機能の光環境変化に対するダイナミクスを解析するため、この複合体の構成サブユニットの抗体を作成した。これでに、他の研究グループから譲り受けたPsaA， D， F， E， Kの他に、PsaC， G， H， I， J， L， N， Oに対する抗体を作成し、主な光化学系1複合体のサブユニットに対する抗体を揃えることができた。さらに、光化学系1複合体に安定に結合するアンテナ複合体の9種のサブユニット（Lhca1-9)のうち、Lhca3， 4， 6， 7， 9の5種を他の研究グループから譲り受け、残りのLhca1， 2， 5， 8の4種を新たに作成した。
　これらの抗体を用いて光化学系1複合体とそのアンテナ複合体のサブユニット組成の変化を解析した。その結果、PsaG， Kは光化学系1複合体の合成過程で、最も蓄積が遅れることが分かった。これは、これら2種のサブユニットはアンテナ複合体が結合した後に光化学系1複合体に結合するためであり、アンテナ複合体の分子集合の調節に関与している可能性を示唆している。アンテナ複合体の合成や分子集合は光合成生物の光環境応答において重要な過程であるため、PsaG， Kはこの過程に関与する調節サブユニットである可能性が明らかにされた。また、PsaH， Lは他の光化学系1複合体サブユニットに比べて蓄積量が少ないことが明らかにされた。この2つのサブユニットはPsaIと共に光化学系1複合体内でクラスターを形成している。特に、PsaHはステート遷移の過程で別のアンテナ複合体の可逆的な結合に関与すると考えられている。したがって、PsaHの量の調節は光合成生物の光環境応答においてやはり重要な役割を果たしている可能性が高いことが示された。
　さらに9種のLhcaの量比を定量したところ、Lhca3-8は光化学系1あたり1コピー存在したが、Lhca1は2コピー存在することが分かった。また、Lhca2， 9は蓄積量がかなり少ないことも示された。これら2種のLhcaは光環境に応答した調節的な役割を果たしていると考えられる。今後の研究で詳しく解析を進めていきたい。
　これまでの研究により光化学系1複合体とアンテナ複合体の構成サブユニットの種類と量がかなり明らかにされた。これらのサブユニットが生育環境によりどのように変化するかについては、実験が始まったばかりであり今後の研究により明確にしていきたい。
　　
成果となる論文・学会発表等 Mariko， Sumimoto， Takahito Onishi， Jan-Ren Shen and Yuichiro Takahashi， Purification and biochemical characterization of PSI-LHCI supercomplex in Chlamydomonas reinhardtii. Photosynthesis. Energy of Sun. 2007， 211-214