Analysis of diverse structural changes in the phycobilisome during chromatic acclimation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06707
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: Hirose Yuu 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30616230)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シアノバクテリア / 光合成 / フィトクロム / シアノバクテリオクロム / フィコビリソーム / ビリン

Outline of Final Research Achievements

Cyanobacteria are phototrophic bacteria that perform oxygen-evolving photosynthesis. They use photosynthetic antenna complex called phycobilisome to harvest and transfer the light energy to the photosynthetic reaction centors. Here, we investigated the diversity of the regulation of the phycobilisoms in response to green and red light, which is the process called complementary chromatic acclimation (CA) and widespread among the Cyanobacteria phylum. We established a bioinformatic pipeline to classify the CA types based on the composition of the phycobilisome genes. We classified CA types of about 500 cyanobacteria strains. We cultivated some of representative CA strains under green and red light, purified their phycobilisomes, and subjected them to RNA-Seq, electron microscopy, and LC-MS/MS analyses. We also performed X-ray crystallography, NMR, and Raman spectroscopy of the phytochrome-like photoreceptor (cyanobacteriochrome) regulating CA variants responding to green and red light.

Free Research Field

光生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光色順化によって制御されるフィコビリソームの構造変化には、どれほどの多様性があるのだろうか？という問いに答えるため、多数の生物種の横断的な解析を得意とするゲノム科学と、少数の生物種の集中的な解析を得意とする生化学・生理学を統合したアプローチによって解析に取り組んだ。緑・赤色光に応答したフィコビリソームの構造変化は、シアノバクテリア門において８種類の多型が存在することを明らかにした。一部の光色順化についてはフィコビリソームの構造変化を実験的に示すことに成功した。補色順化を制御する光受容体の構造解析にも成功し、フィコビリソーム構造変化の引き金となる光色感知の分子機構について新たな知見を得た。