葉緑体ステート遷移にともなう光化学系超複合体の構造変化

• Project/Area Number: 21570031
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: National Institute for Basic Biology (2010-2011); Hokkaido University (2009)
• Principal Investigator: 皆川 純 National Institute for Basic Biology, 教授 (80280725)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2011: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2010: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2009: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 光合成 / 葉緑体 / 緑藻 / 環境適応

Research Abstract

本研究は,ステート遷移に伴なう光化学系IIおよび光化学系I超複合体の構造変化を明らかにすることを目的として行っている.本年度は,まずステート遷移前の無傷の光化学系I-LHCI超複合体の構造を決定した.まず,緑藻クラミドモナスのチラコイド膜可溶化条件を比較検討した上で,可溶化チラコイド膜をショ糖密度勾配超遠心法により分離し,得られた光化学系I-LHCI画分を酢酸ウラニルによってネガティブ染色した.単粒子解析の結果,8個のLHCIが結合した巨大な光化学系I-LHCI超複合体が確認された.ホウレンソウやシロイヌナズナなどの高等植物の光化学系I超複合体の構造は電子顕微鏡を用いた単粒子解析により報告されてきた.これまでの報告によると,高等植物では,単量体のLHCIが片側にのみ4個,片寄った形で結合した構造が観察されている一方,緑藻クラミドモナスでは4個以上のLHCIが結合されることが知られていたが,その構造は明らかではなかった.今回,改良された可溶化条件によるクラミドモナス標品において,高等植物で4個のLHCIが結合している部分のさらに外側に4個のLHCIが結合していることがわかり,緑藻の光化学系Iは,二重の半円状の集光アンテナ構成をとることが明らかとなった.緑藻がなぜ大きなステート遷移能力を示すのか,というより本質的な問題へアプローチする上で,基礎的な知見が得られたことになる.また,同じ微細藻類でありながら異なるステート遷移能力を示す珪藻タラシオシラやプラシノ藻オストレオコッカスなどのモデル微細藻類の光化学系Iの構造も単粒子解析も進めている

Research Products

• [Journal Article] Characterization of photosystem I antenna proteins in the prasinophyte Ostreococcus tauri (2010)
  • Author(s): Swingley, W.D., Iwai, M., Chen, Y., Ozawa, S.-I., Takizawa, K., Takahashi, Y., Minagawa, J.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta Volume: 1797 Pages: 1458-1464
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Live cell imaging of photosystem II antenna dissociation during state transitions. (2010)
  • Author(s): Iwai, M., Yokono, M., Inada, N., Minagawa, J.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 107 Pages: 2337-2342
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation of the elusive supercomplex driving cyclic electron transfer in photosynthesis
  • Author(s): Iwai, M., Takizawa, K., Tokutsu, R., Okamuro, A., Takahashi, Y., Minagawa, J.
  • Journal Title: Nature (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Imaging state-transitions visualized energy-dissipative hght-harvesting complexes in photosynthesis (2010)
  • Author(s): Minagawa, J.
  • Organizer: 国際クラミドモナス細胞生物学会議
  • Place of Presentation: スミスフィールド(合衆国)
  • Year and Date: 2010-06-09
• [Presentation] 電子顕微鏡構造解析が明らかにした緑藻クラミドモナスPSII-LHCII超複合体の構造 (2010)
  • Author(s): 加藤信泰, 得津隆太郎, 皆川純
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本・熊本大学
  • Year and Date: 2010-03-20
• [Remarks]
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/photo/
• [Remarks]
  • URL: http://ps.lowtem.hokudai.ac.jp