鉄欠乏環境で耐え忍ぶための光合成反応：isiA遺伝子の多様な発現機構と機能の解明

2020年10月16日

岡山大学
神戸大学
東京都立大学
理化学研究所

◆発表のポイント

• 集光性色素タンパク質は、光合成に必要な光エネルギーを集め、光化学系に供給する重要な役割を持っています。シアノバクテリアが鉄欠乏条件下で発現させる集光性色素タンパク質IsiAは種間で数が異なり、4種類もつ種も存在しますが、その多様性の理由は不明でした。
• 4種類のisiA遺伝子をもつシアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120の鉄欠乏条件下において、野生株からはIsiA1、isiA1遺伝子欠損株からはIsiA2とIsiA3が発現することと、各タンパク質が光化学系Iタンパク質（PSI）に結合し、励起エネルギーを供給することを明らかにしました。
• 1つのisiA遺伝子が使えなくても代わりのisiA遺伝子が発現することにより、鉄欠乏という貧栄養下を生き抜く術をAnabaenaが持つことを見出しました。

　岡山大学異分野基礎科学研究所の長尾遼特任講師、神戸大学大学院理学研究科の秋本誠志准教授、東京都立大学大学院理学研究科の得平茂樹准教授らの共同研究グループは、理化学研究所環境資源科学研究センターの堂前直ユニットリーダーらと共に、シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120の鉄欠乏状態において誘導されるIsiAタンパク質の発現解析および時間分解蛍光分光法（注3）を用いた励起エネルギー伝達解析に成功しました。この結果から、IsiAタンパク質が選択的な発現制御機構を持ち、光合成光化学反応に必要な励起エネルギー供給を担っていることが明らかになりました。本研究成果は10月15日、欧州の科学雑誌「Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics」にオンラインで掲載されました。
　本研究成果は、「鉄欠乏という貧栄養環境の中でいかにして光合成生物は耐え忍ぶのか？」、という問いに対して知見を与えるものです。光合成生物は貧栄養下において光合成装置を調整し、必要最低限の光合成反応を駆動する必要があります。IsiAの多様な発現は生存戦略の一環であると考えられます。

図. AnabaenaのIsiA1, 2, 3の発現モデル(A)および励起エネルギー伝達経路(B)。IsiAとPSIにはエネルギーの異なるクロロフィル（Chl）が存在する。

◆研究者からのひとこと

Anabaenaには4つのisiA遺伝子が存在します。そのうちIsiA1が主として発現し、励起エネルギー伝達に関与することを見出しました。isiA遺伝子を4つ持つシアノバクテリアは珍しく、これらの発現制御機構はAnabaenaに特有の性質かもしれません。isiA遺伝子破壊株の分析は今後も続ける予定で、更なる研究の発展が期待されます。

長尾特任講師

■論文情報論 文 名：“Molecular organizations and function of iron-stress-induced-A protein family in Anabaena sp. PCC 7120”
「アナベナisiA遺伝子の発現分子機構と機能」掲 載 紙：Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics著　　者：Ryo Nagao, Makio Yokono, Yoshifumi Ueno, Takehiro Suzuki, Koji Kato, Ka-Ho Kato, Naoki Tsuboshita, Tian-Yi Jiang, Naoshi Dohmae, Jian-Ren Shen, Shigeki Ehira, and Seiji AkimotoD　O　I：https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2020.148327


＜詳しい研究内容について＞
鉄欠乏環境で耐え忍ぶための光合成反応：isiA遺伝子の多様な発現機構と機能の解明


＜お問い合わせ＞
岡山大学　異分野基礎科学研究所
特任講師　長尾　遼　（ながお　りょう）
（電話番号）086-251-8630