2016 Fiscal Year Annual Research Report
Biophysical studies on light-harvesting systems in Chlamydomonas reinhardtii
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16F16087
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
皆川 純 基礎生物学研究所, 環境光生物学研究部門, 教授 (80280725)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KIM EUNCHUL 基礎生物学研究所, 環境光生物学研究部門, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2018-03-31
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| Keywords | 光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
In green algae and mosses, LHCSR3 (light-harvesting complex stress related 3) is responsible for a pH-dependent dissipation of absorbed light energy, which is vital to survive against strong light conditions. Recently, purifying the photosystem II (PSII) supercomplex from green algae Chlamydomonas reinhardtii revealed that LHCSR3 binds to the PSII supercomplex and transform it into an energy-dissipative form at acidic pH conditions. However, the detail mechanism how LHCSR3 transforming the PSII supercomplex into an energy-dissipative form remains unclear. Here we show that LHCSR3 modulates the excitation energy flow and dissipates the excitation energy within the light-harvesting complexes (LHCs) of the PSII supercomplex in C. reinhardtii. We found in fluorescence decay associated spectra analysis that when the PSII supercomplex is associated with LHCSR3 excitation energy transfer from LHCs to CP43 is inhibited, consistent with the reduced fluorescence emission from CP43 in high-light acclimated cells. We further characterized the pH-dependent and LHCSR3-dependent quenching of the PSII-LHCII-LHCSR3 supercomplex as accompanying by a fluorescence emission centered at 684 nm with the rate constant of 16 ps-1, which corresponds to the previously reported charge transfer quenching model in the reconstituted LHCSR3. Our results provide a mechanism how LHCSR3 transform the PSII supercomplex as well as an insight into the molecular details of the LHCSR3-dependent quenching.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
まず、緑藻クラミドモナス培養方法を最適化した。次にLHCSR3タンパク質発現条件を最適化した。さらに、光合成系II超複合体精製手法を最適化した。その後、細胞の蛍光スペクトルを測定し、光合成超複合体内のエネルギー移動経路を解析した。現有設備である時間相関単光子解析（TCSPC）システムを、光合成タンパク質測定用に調整して用いたが、その際、レーザー光の励起効率、偏光および検出器の波長特異性を考慮した。その後、数百ピコ秒～数ナノ秒での蛍光キネティック分光分析を実施した。また、さらに速い時間領域の蛍光キネティック測定（フェムト秒～数十ピコ秒）を、神戸大学（秋本 誠志准教授）に設置されているキネティック分光計を用いて進めたところ、16ps領域としう予想外の速い時間領域にクエンチング成分を発見することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果より、LHCSR3がPSII-LHCII超複合内のCP43付近に結合し、クエンチングに機能する可能性が高いことが示唆されたため、今後は色素が結合したままの無傷のLHCSR3の精製（世界初）に挑戦する。これが成功したあかつきには、この標品を用いて、さらにフェムト秒時間領域のクエンチング解析を行う。
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Research Products
(3 results)
