共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 海洋生物の光合成アンテナに結合するカルボニルカロテノイドの環境適応
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 大阪公立大人工光合成研究センター
研究代表者／職名 准教授
研究代表者／氏名 藤井律子

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 関荘一郎 阪大蛋白研 博士研究員

2

 Okviyoandra Akyar 阪公大人工光合成研究センター 博士研究員

3

 高林厚史 北大低温研

4

 田中亮一 北大低温研

研究目的 光合成生物が太陽光を利用して燃料を生産するためには、エネルギー密度を上げる集光の仕組みが不可欠であるが、過剰のエネルギーから生体を防御する仕組みも必須である。カロテノイドは青緑色光の集光を担う一方、過剰なエネルギーを熱として安全に逃す役割をも担い、集光装置には不可欠の分子である。我々は海洋性緑藻の有する特殊な構造を持つカロテノイド（カルボニルカロテノイド）に着目し、低温下で特に誘発される活性酸素の除去能力に関与するタンパク質（LHCII、LHCSR、PsbS、LPOR）の分布や色素組成を明らかにすることにより、独特の色素の蓄積と低温、高照度という極限環境への適応を関連づけることを目的とする。
　　
研究内容・成果 当初計画では、シフォナキサンチンという独特のカルボニルカロテノイドを蓄積する緑藻数種についてすでに実施したショートリードRNA-seqのデータを用いて系統樹解析を実施し、議論を深めるという計画であったが、まず、各試料の光合成タンパク質に関する生化学的分析を進めた。北大低温研を訪問して光合成タンパク質の非破壊電気泳動（CN-PAGE）法による分離、分離したゲルからの蛋白質の抽出および色素組成分析を実施したところ、新規性の極めて高い光合成アンテナを発見した。そこでこれらの技術を阪公大でも立ち上げ、繰り返し実験および条件を変えた実験を実施したところ、強光条件ではこの未知の光合成アンテナおよび反応中心超複合体の蓄積量に顕著な変化が出ることを発見した。ここまでの内容（下記参照）を日本藻類学会で発表予定である。今後、この新規光合成アンテナの蛋白質の同定、色素組成分析、構造解析等を行い、この新規光合成アンテナを一つの鍵として、系統樹解析に取り組む予定である。
日本藻類学会では、以下の内容で口頭発表をする予定である。
シフォナキサンチンやその脂肪酸エステル，ジビニルプロトクロロフィリドといった独特の色素を蓄積する海洋性微細緑藻Chlamydomonas parkeaeは，緑色植物に比べて青緑色領域の光を光合成に利用する能力が高いが，その光合成応答はほぼわかっていない。そこで本研究では，様々な光照射条件でC. parkeaeを培養し，増殖速度，色素組成，蛋白質組成を比較した。C. parkeae (NIES-1022)を，20 ℃，白色LEDの弱光(20 PPFD， μmol m-2 s-1) ，明暗サイクル16／8時間で培養すると7日で定常状態に達した。この条件を基準として光条件を変えた結果，赤色LEDで強光(100 PPFD， μmol m-2 s-1)照射すると1日以内に死滅すること，青色LEDの強光と同時に赤色LEDの弱光(20 PPFD)を照射する(HBLR)と白色弱光(Cont.)とほぼ同等の増殖を示すことがわかった。そこでこのHBLR，青色LEDの強光照射(HB)，Cont.の3条件で大量に培養し，チラコイド膜を界面活性剤で可溶化してショ糖密度勾配法や非破壊電気泳動法で光合成膜タンパク質を分離し，それらの蓄積挙動を比較した。その結果、陸上植物型の光合成アンテナLHCIIに加えて全く未知の光合成アンテナが存在し，その蓄積量が光条件で変化することが明らかになった。当日は，RNA-seqを用いたタンパク質の同定結果，色素組成の分析結果と合わせて赤色で死滅するメカニズムの解明に迫る。
　　
成果となる論文・学会発表等 アヤル オッフィーヨアンダラ・関 荘一郎・荒木 良一・高林 厚史・藤井 律子、シフォナキサンチンを生産する海洋性微細緑藻Chlamydomonas parkeaeの赤色光への特異的な応答、日本藻類学会第49回大会、2025年3月22日-23日、琉球大学、沖縄