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進化すると色素タンパク質が増える?珪藻の光化学系I-集光性色素タンパク質複合体の立体構造解明

2020/05/18

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、秋田総理准教授、沈建仁教授、筑波大学生存ダイナミクス研究センターの宮崎直幸助教らの共同研究グループは、理化学研究所堂前直ユニットリーダー、京都大学伊福健太郎准教授、兵庫県立大学菓子野康浩准教授、基礎生物学研究所内山郁夫准教授、神戸大学秋本誠志准教授との共同研究により、クライオ電子顕微鏡を用いて、海産性珪藻の光化学系I-集光性色素タンパク質複合体の立体構造解析に成功しました。この結果から、光合成生物が多様な光環境に適応するために、集光性色素タンパク質の数や結合様式を調整することを明らかにしました。

本研究成果は、光合成生物がなぜ多様な色を持ち、生育の場所を拡大してきたのか?という問いに対する知見を与えるものです。色の多様性は光合成生物の生存戦略の一環です。生育の場所を拡大できたのは、珪藻が褐色を呈することで、水中を透過する限られた光エネルギーを効率よく利用しているからです。また、珪藻の光化学系Iタンパク質に結合する集光性色素タンパク質が比較的深い海中に生息する紅藻や陸上に生息する緑色植物と大きく異なることがわかりました。この成果は、光合成生物の集光性色素タンパク質の多様性を紐解く知見となり、なぜ光合成生物は見た目の色が異なるのか?という進化的な知見を提供するものです。


図. 珪藻の光化学系I-FCP複合体の全体構造(A)と色素分子の配置(B)。(A)黄色は光化学系I、桃色はFCP。(B)珪藻の光化学系I-FCP複合体中の色素分子の配置。緑色はクロロフィル、黄色?橙色はカロテノイド。

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