2019 年度実績報告書

プロトン駆動力生成を支える集光アンテナ複合体の始原的機能とその多様化

公募研究

研究領域	新光合成：光エネルギー変換システムの再最適化
研究課題/領域番号	19H04713
研究機関	東北大学
研究代表者	丸山真一朗東北大学, 生命科学研究科, 助教 (50712296)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード	葉緑体 / 細胞内共生 / ゲノム / 進化 / 光合成
研究実績の概要	地球上の植物の光合成機能を最大限に活用・改良するためには、「光の利用（光受容、集光）」と「光からの防御（光散逸、消光）」のバランスを「再最適化」することで、これまで見出されていなかった最適解を探索することが重要であると言われる。本研究では、植物の光合成装置に広く含まれる集光アンテナ複合体タンパク質（LHC）の進化とその機能の持つ生態的な意義を解析することにより、植物の持つ光合成系の再最適化過程がどのように進展し、多様化してきたのかを比較進化学的に明らかにすることを目的に研究を進めた。始原的な単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolae、シアノバクテリア、シロイヌナズナなどを含めた生理学的・ゲノム科学的解析により、シアノバテクリアと葉緑体とが持つ光合成関連遺伝子は、タンパク質配列から予想されるより大きく機能的に異なる可能性が示唆された。また生理実験により、集光機能を持つタンパク質機能は、環境変動に対して安定であることが示唆されたことから、生態学的意義を明らかにするためには、実際にそれぞれの生物が生息する環境、またその年間を通した変動を定量的に解析し、実験室内で効率よく影響を観測できる条件を見出す必要があると考えられる。葉緑体機能の恒常性に関わる因子の解析も行なった結果、同様に配列の類似性よりも大きな機能的乖離があることが示唆されたことから、祖先形質推定などを含めた進化生物学的解析を遺伝学的解析と組み合わせて、感度の高い実験系を構築する必要がある。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由遺伝学的な解析を通して、遺伝子機能の持つ生態学的意義を解析する過程で、シンプルな実験系で微弱な光の設定など実験条件を安定して整備することに技術的な試行錯誤を続けており、表現型の解釈や、直接的な分子レベルでの実態解明に至る過程が今後の重要なポイントになる点として挙げられる。今後は、先行研究を参考に生理学的に影響の出やすい環境要因を追加した培養実験系を構築することにより、進展が期待できる可能性がある。
今後の研究の推進方策	これまではモデル生物で用いられてきた単純な実験系を軸として解析を進めてきたが、本来生物が生息する環境条件を考慮したある程度特殊な培養系などを構築することで、再現性の高い実験系を改良して試していきたいと考えている。