赤色進化系統におけるプロトン駆動力により制御される光捕集適応機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 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: 19H04726
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 長尾 遼 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (30633961)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 光合成 / 光捕集 / 集光性色素タンパク質 / 励起エネルギー移動

研究実績の概要

集光性色素タンパク質（LHC）は、光エネルギーを捕集し、光化学系タンパク質（PSI、PSII）へと伝達する重要な役割を担う。LHCは光合成生物種間で多様であり、タンパク質構造の違いに加え、色素分子の種類や数の違いも見出されている。LHCの多様性は、光合成生物の見た目の色の違いをもたらし、励起エネルギー伝達機構の違いを担う。本研究では褐色を呈する珪藻を材料とし、珪藻の特殊なLHCであるフコキサンチンクロロフィルタンパク質（FCP）の機能構造解明を目指す。
クライオ電子顕微鏡単粒子解析により、珪藻のPSI-FCPI超複合体の立体構造を解明した。その結果、PSIには遺伝子の異なる16個のFCPが結合していることを見出した。陸上植物のPSIには4個のLHCが結合しているため、珪藻と陸上植物とでPSIのアンテナサイズが大きく異なることを明らかにした。この結果を論文として纏めた。
培養条件の変化がFCPの発現に及ぼす影響を調べた結果、温度および二酸化炭素濃度を変化させることにより、FCPの発現調節が変化することを見出した。特に、30度、3%CO2の培養条件において、新規のFCPが発現した。この結果を論文として纏めた。
強光照射した珪藻からFCPを調製し、励起エネルギーダイナミクスを調べた。強光により、状態の異なるFCPが発現し、励起エネルギー消光を誘導することが判明した。光合成生物は光の強さを感じると光阻害を起こす。光阻害が進行することによりチラコイド膜のルーメン側が酸性化される。強光およびpH変化によってFCPの状態が変わり、励起エネルギーダイナミクスの変化が生じたのであろう。この結果を論文として纏めた。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Basic pH-induced modification of excitation-energy dynamics in fucoxanthin chlorophyll a/c-binding proteins isolated from a pinguiophyte, Glossomastix chrysoplasta (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagao Ryo、Yokono Makio、Ueno Yoshifumi、Kato Ka-Ho、Tsuboshita Naoki、Shen Jian-Ren、Akimoto Seiji
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1862 ページ: 148306～148306
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2020.148306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular organizations and function of iron-stress-induced-A protein family in Anabaena sp. PCC 7120 (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagao Ryo、Yokono Makio、Ueno Yoshifumi、Suzuki Takehiro、Kato Koji、Kato Ka-Ho、Tsuboshita Naoki、Jiang Tian-Yi、Dohmae Naoshi、Shen Jian-Ren、Ehira Shigeki、Akimoto Seiji
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1862 ページ: 148327～148327
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2020.148327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of excitation-energy quenching in fucoxanthin chlorophyll a/c-binding proteins isolated from a diatom Phaeodactylum tricornutum upon excess-light illumination (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagao Ryo、Yokono Makio、Ueno Yoshifumi、Suzuki Takehiro、Kumazawa Minoru、Kato Ka-Ho、Tsuboshita Naoki、Dohmae Naoshi、Ifuku Kentaro、Shen Jian-Ren、Akimoto Seiji
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1862 ページ: 148350～148350
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2020.148350
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of a cyanobacterial photosystem I surrounded by octadecameric IsiA antenna proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Akita Fusamichi、Nagao Ryo、Kato Koji、Nakajima Yoshiki、Yokono Makio、Ueno Yoshifumi、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Shen Jian-Ren、Akimoto Seiji、Miyazaki Naoyuki
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 ページ: 232～232
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0949-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis for assembly and function of a diatom photosystem I-light-harvesting supercomplex (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagao Ryo、Kato Koji、Ifuku Kentaro、Suzuki Takehiro、Kumazawa Minoru、Uchiyama Ikuo、Kashino Yasuhiro、Dohmae Naoshi、Akimoto Seiji、Shen Jian-Ren、Miyazaki Naoyuki、Akita Fusamichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 2481～2481
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16324-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acidic pH-Induced Modification of Energy Transfer in Diatom Fucoxanthin Chlorophyll a/c-Binding Proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagao Ryo、Yokono Makio、Ueno Yoshifumi、Shen Jian-Ren、Akimoto Seiji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 ページ: 4919～4923
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c04231
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptation of light-harvesting and energy-transfer processes of a diatom Chaetoceros gracilis to different light qualities (2020)
  • 著者名/発表者名: Akimoto Seiji、Ueno Yoshifumi、Yokono Makio、Shen Jian-Ren、Nagao Ryo
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 146 ページ: 87～93
  • DOI: 10.1007/s11120-020-00713-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes in excitation relaxation of diatoms in response to fluctuating light, probed by fluorescence spectroscopies (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanabe Miyuki、Ueno Yoshifumi、Yokono Makio、Shen Jian-Ren、Nagao Ryo、Akimoto Seiji
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 146 ページ: 143～150
  • DOI: 10.1007/s11120-020-00720-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of CO2 and temperature on photosynthetic performance in the diatom Chaetoceros gracilis (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagao Ryo、Ueno Yoshifumi、Akimoto Seiji、Shen Jian-Ren
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 146 ページ: 189～195
  • DOI: 10.1007/s11120-020-00729-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptation of light-harvesting and energy-transfer processes of a diatom Phaeodactylum tricornutum to different light qualities (2020)
  • 著者名/発表者名: Oka Kumiko、Ueno Yoshifumi、Yokono Makio、Shen Jian-Ren、Nagao Ryo、Akimoto Seiji
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 146 ページ: 227～234
  • DOI: 10.1007/s11120-020-00714-1
  • 査読あり
• [学会発表] 機能構造研究に基づく光合成色素蛋白質の分子進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長尾遼
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 光合成を支える葉緑体色素タンパク質複合体の機能・構造・進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長尾遼
  • 学会等名: 第23回植物オルガネラワークショップ
  • 招待講演
• [備考] Ryo NAGAO WEB site
  • URL: https://ryoagan.wixsite.com/nagaoryo