始源的藍色細菌Gloeobacter violaceusの光合成系の解析 -藍色細菌の誕生・進化・多様性の基礎

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13874110
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 三室 守 京都大学, 地球環境学堂, 教授 (40142004)
• キーワード: シアノバクテリア / 光合成系 / 反応中心 / エネルギー移動 / ゲノム解析

研究概要

16S rRNA塩基配列に基づく系統性の検討の結果、シアノバクテリアの中で最も早く分岐したと考えられる種、Gloeobacter violaceusについて、光合成系の特徴を明らかにした。
(1)光化学系Iクロロフィルaからの蛍光が観測されないことは既に昨年明らかにしたが、その欠落の原因をタンパク質のリガンドとの相互作用にあるという仮説の下に、系I蛍光が観測されているSynechocystis sp. PCC 6803との間でアミノ酸配列を比較したが、違いはまったく検出されなかった。したがって解析には結晶構造を調べる必要があることが判明した。
(2)光合成系の最も基本となる指標である光化学系の構成を、「鍵色素」の定量によって行った。「鍵色素」とは、反応中心と化学量論的に存在するフェオフィチンとクロロフィルa'である。25度で生育した細胞ではPS I/PS II比が約3で、他のシアノバクテリアとほぼ同じであったが、35度で生育した細胞ではこの比が6を越え、細胞膜中ではほぼPS Iで占められるという結果を得た。これはシアノバクテリアの常識を覆す結果で、今後、電子顕微鏡などによる直接観察でさらに確認を続けることとした。
(3)G violaceusに特異的に存在するカロテノイド、オシラザンチンから系Iへのエネルギー移動効率を測定する予定であったが、蛍光に代わる系I活性の指標を捜すことが困難で、解析はできなかった。
(4)この生物の全ゲノム配列が決定されたので、光合成に関連した遺伝子の探索を行った。全塩基数は4.3MBpとSynechocystis sp. PCC 6803に比較して約0.6MBpほど大きく、初期に分化した時に、多くの遺伝子を持ち、時間の経過と共に単純化していくという単細胞シアノバクテリアの戦略が理解された。

研究成果

• [文献書誌] Akimoto, S., I.Yamazaki, T.Sakawa, M.Mimuro: "Temperature effects on excitation relaxation dynamics of the carotenoid, β-carotene and its analogue, β-apo-8'-carotenal, probed by the femtosecond fluorescence spectroscopy"Journal of Physical Chemistry A. 106. 2237-2243 (2002)
• [文献書誌] Mimuro, M., 他5名: "Unique fluorescence properties of a cyanobacterium Gloeobacter violaceus PCC 7421 : Reasons for absence of the long-wavelength PS I Chl a fluorescence at -196℃"Plant & Cell Physiology. 43. 587-594 (2002)
• [文献書誌] M.Mimuro: "Visualization of Excitation Energy Transfer Processes in Plants and Algae"Photosynthesis Research. 73. 133-138 (2002)
• [文献書誌] M.Akiyama 他6名: "Quest for minor but key chlorophyll molecules in photosynthetic reaction centers. -Unusual pigment composition in the reaction centers of the chlorophyll d-dominated cyanobacterium"Photosynthesis Research. 74. 109-120 (2002)
• [文献書誌] M.Akiyama 他5名: "Stoichiometry of chlorophyll d'/PS I and chlorophyll a/PS 2 in a chlorophll d-dominated cyanobacterium Acaryochloris marina"Algae 2002. (In press).
• [文献書誌] 三室 守: "不連続的な進化による酸素発生型光合成生物の誕生"遺伝. 56. 59-66 (2002)
• [文献書誌] 三室 守: "酸素発生型光合成の起源"日本藻類学会創立50周年記念号. 12-14 (2002)
• [文献書誌] 三室 守, 秋本誠志, 山崎 巌: "ピコ秒領域時間分解蛍光スペクトル法の応用による光合成アンテナ系でのエネルギー転移過程の解析"レーザー研究. 31. 212-218 (2003)
• [文献書誌] 秋本誠志, 山崎 巌, 三室 守: "光合成系カロテノイドの励起緩和ダイナミクス"レーザー研究. 31. 207-211 (2003)
• [文献書誌] 三室 守, 田中 歩 (分担執筆): "朝倉植物生理学講座、3巻、光合成"朝倉書店. (2002)
• [文献書誌] Mimuro, M., H.Kikuchi (分担執筆): "Antenna book"Kluwer Academic Publishers, The Netherlands (In press). (2003)
• [文献書誌] Mimuro, M., S.Akimoto (分担執筆): "Photosynthesis in Algae"Kluwer Academic Publishers, The Netherlands (In press). (2003)