Feedback regulation of Light-harvesting via proton gradient

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
• Project/Area Number: 16H06553
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: Minagawa Jun 基礎生物学研究所, 環境光生物学研究部門, 教授 (80280725)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋本 誠志 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40250477) ; 園池 公毅 早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (30226716)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 光合成 / 葉緑体 / エネルギー

Outline of Final Research Achievements

The mechanism of thermal dissipation of excess energy of light has been unknown, but by purifying and examining the PSII-LHCII supercomplex from a green alga Chlamydomonas reinhardtii grown in high light, it was clarified that the LHCSR3 induces non-photochemical quenching and that LHCSR1 transfers excess energy to PSI. Furthermore, the gene expression analysis of the high light-inducible LHCSR3 and the UV-inducible LHCSR1 revealed their signal transduction pathways. We also developed a new purification method using amphipol, an amphiphilic polymer, and revealed the structure of the PSII-LHCII supercomplex for the first time.

Free Research Field

光合成

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでのnon-photochemical quenching（NPQ）研究は断片的で、植物がいかに安全に光合成を行っているかの総合理解には迫れていなかった。そのような状況の中、初動である過剰光シグナルの受容、そのシグナル伝達、過剰エネルギー熱散逸の場であるPSII超複合体の構造、そして実際の熱散逸過程の詳細に至るまで、本研究では緑藻をモデルに集中的な研究が行われたことで、NPQの総合理解へ向けた道筋が示された。これは、進化を生き延びた結果自然光合成が備えるに至った大事な形質と考えられるため、今後の植物改良や人工光合成の方向を考える上でも意義がある。