珪藻の光化学系Ⅱ-集光性色素タンパク質超分子複合体の立体構造解明～集光性色素タンパク質の進化を紐解く糸口に～

2022年4月04日

岡山大学
神戸大学
京都大学

◆ポイント

クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子構造解析により、褐色を呈する珪藻の光化学系II-集光性色素タンパク質の立体構造を決定しました。
珪藻の巨大複合体の立体構造は陸上植物と比較して、色素やタンパク質の組成が大きく異なり、多様性を生み出していることがわかりました。
色素の並び方から、水中でエネルギーを効率よく利用する仕組みがわかり、光合成生物が多様な環境に応じて効率よく太陽光エネルギーを利用する仕組みを獲得してきたことが明らかになりました。

　岡山大学異分野基礎科学研究所の長尾遼特任講師、加藤公児特任准教授、沈建仁教授、神戸大学大学院理学研究科の秋本誠志准教授らの共同研究グループは、京都大学の伊福健太郎教授らとの共同研究により、クライオ電子顕微鏡を用いて、珪藻の光化学系II-フコキサンチンクロロフィルタンパク質II超分子複合体（PSII-FCPII）の立体構造解析に成功しました。PSII-FCPII構造の空間分解能が向上した結果、PSIIに結合する全てのFCP遺伝子を同定し、より正確な色素配置を明らかにしました。この結果から、水中で太陽光エネルギーを効率よく収集・逸散する仕組みや、光合成生物が多様な環境に応じて集光性色素タンパク質を進化させてきたことが明らかになりました。本研究成果は、日本時間4月1日（金）（英国時間：1日午前10時）、英国の科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。

図. 珪藻PSII-FCPIIの立体構造 PSII1個（紫色）、FCPヘテロ四量体2個（赤点線で囲んだ部分）、FCP単量体3個（黄色、緑色、橙色）を1セット、灰色の部分がもう1セットとなり二量体を形成する。二量体の境界面は緑色の線を引いている。FCPヘテロ四量体のうち、それぞれの色は同一の遺伝子を示す。

◆研究者からひとこと

　珪藻PSII-FCPIIの立体構造解析は2019年に一度報告しました（Nagao et al., 2019 Nature Plants）。この時はFCPや色素分子の同定が不十分でしたので、いつか解明したいという強い思いがありました。今回、それが実現できたのでとても満足しています。

長尾特任講師

■論文情報
論文名：“Structural basis for different types of hetero-tetrameric light-harvesting complexes in a diatom PSII-FCPII supercomplex”
「FCPヘテロ四量体を含む珪藻PSII-FCPII超複合体の構造基盤」
掲載紙：Nature Communications
著　者：Ryo Nagao¹, Koji Kato¹, Minoru Kumazawa², Kentaro Ifuku³, Makio Yokono⁴, Takehiro Suzuki⁵, Naoshi Dohmae⁵, Fusamichi Akita¹, Seiji Akimoto⁶, Naoyuki Miyazaki⁷, and Jian-Ren Shen¹
URL/DOI：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29294-5
所属一覧：
¹岡山大学・異分野基礎科学研究所
²京都大学大学院・生命科学研究科
³京都大学大学院・農学研究科
⁴北海道大学・低温科学研究所
⁵理化学研究所・環境資源科学研究センター
⁶神戸大学大学院・理学研究科
⁷筑波大学・生存ダイナミクス研究センター

■研究資金
　本研究は、日本学術振興会「基盤研究」（課題番号：JP20K06528、JP20H02914、JP20H031160、JP20H03194）、日本学術振興会「萌芽研究」（課題番号：JP21K19085）、日本学術振興会「新学術領域研究（研究領域提案型）」（課題番号：JP16H06553、JP17H06433）の支援を受け実施しました。

＜詳しい研究内容について＞
珪藻の光化学系II-集光性色素タンパク質超分子複合体の立体構造解明～集光性色素タンパク質の進化を紐解く糸口に～

＜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）086-251-8502
（Twitter）https://twitter.com/NagryPhotosyn
（YouTube）https://www.youtube.com/channel/UC8aXWfXWUzxNzAiHpuFRaTQ
（Web site）https://ryoagan.wixsite.com/nagaoryo

神戸大学大学院　理学研究科
准教授　秋本　誠志　（あきもと　せいじ）
（電話番号）078-803-5705

年度

過去の
情報