最新の研究成果
原始緑藻の集光タンパクの構造と機能に着目し、海底環境に特化した光合成アンテナを発見
2025年11月27日
- 理学研究科
- プレスリリース
概要
植物進化の初期段階では、原始緑藻は光がほとんど届かない海底から、光が十分にある陸上に移り住むのに伴い、光合成の仕組みを変化させました。色素タンパク質複合体である光合成アンテナLhc※1は、太陽光利用に重要で、陸上植物はLHCII※2を、プラシノ藻※3はLhcp※4を用いて環境に適応していますが、Lhcpの分子機構は未解明でした。
大阪公立大学人工光合成研究センターの藤井 律子准教授、大阪大学蛋白質研究所の関 荘一郎特任研究員（常勤）、栗栖 源嗣教授、同大学大学院生命機能研究科の難波 啓一特任教授（常勤）、自然科学研究機構基礎生物学研究所の皆川 純教授らの共同研究グループは、海底環境に適応した光合成アンテナLhcpの立体構造と機能に着目し、プラシノ藻からLhcpを単離し、クライオ電子顕微鏡法※5により高分解能で構造解析を行いました。その結果、Lhcpは青緑色光を効率よく吸収する特殊な構造を持ち、海底環境に特化した光合成アンテナであることが判明しました。今後は、陸上植物が進化の過程でLHCIIを選択した理由や時期をこの分子基盤から明らかにすることで、光合成生物の進化の理解が深まると期待されます。
図：原始緑藻が生育する海中の弱光・青緑光環境から、陸上の強光・広帯域光環境への遷移に伴い、光合成アンテナLHCII（右上の構造）はその構造と機能を変化させてきた。本研究では、Lhcp（赤い点線で囲んだ構造）の構造解析を通じて、光合成装置の進化的適応戦略を構造レベルで明らかにした。
本研究成果は、2025年11月17日に国際学術誌「Communications Biology」にオンライン掲載されました。
この光合成アンテナには特殊なカロテノイドが多数結合しています。特に今回初めて構造を決定したカロテノイドが、構造安定化の決め手になっていたのにはとてもワクワクしました。
藤井 律子准教授
植物の進化を明らかにする上で重要な研究基盤を解明でき、非常に光栄です。本研究により将来的に緑色植物の進化の過程が明らかになることを期待しています！
関 荘一郎特任研究員（常勤）
掲載誌情報
【発表雑誌】Communications Biology
【論 文 名】Distinctive and functional pigment arrangements in Lhcp, a prasinophyte-specific photosynthetic light-harvesting complex
【著 者】Soichiro Seki, Masato Kubota, Nami Yamano, Eunchul Kim, Asako Ishii, Tomoko Miyata, Hideaki Tanaka, Richard J. Cogdell, Jing-Ping Zhang, Keiichi Namba, Genji Kurisu, Jun Minagawa, and Ritsuko Fujii
【掲載URL】https://doi.org/10.1038/s42003-025-08977-x
用語解説
※1 Lhc：Light-harvesting complexの略称。真核光合成生物に共通する光合成アンテナ。
※2 LHCII：植物や緑藻の光化学系II複合体にエネルギーを供給する周辺光合成アンテナ。
※3 プラシノ藻：原始的な緑藻の一種。種毎に大きく特徴が異なる。
※4 Lhcp：Lhcpは、光合成アンテナタンパク質の一群である「Lhcファミリー」に属し、主にプラシノ藻類に特有のタイプとして知られている。Lhcファミリーとは、構造的・機能的に類似した光合成関連タンパク質のグループで、陸上植物から藻類まで幅広く存在する。
※5 クライオ電子顕微鏡法：蛋白質等の立体構造を同定する手法。極低温で凍結させたサンプルの電子顕微鏡画像を取得し、その重ね合わせから立体構造を決定できる。
資金情報
本研究は、科学研究費補助金 学術変革A「光合成ユビキティ」（課題番号：23H04958、24H02091）、基盤（C） （課題番号：23K05721）、特別研究員奨励費 （課題番号：23KJ1834）、科学技術振興機構 CREST （課題番号：JPMJCR20E1）、生命科学・創薬研究支援基盤事業 （課題番号：JP23ama121001、JP23ama121003）、大阪公立大学RESPECT、小柳財団研究助成金、日本電子YOKOGUSHI協働研究所の支援を受けて実施しました。
研究内容に関する問い合わせ先
大阪公立大学人工光合成研究センター／
大学院理学研究科
藤井 律子（ふじい りつこ）
TEL：06-6605-3624
E-mail：ritsuko[at]omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。
報道に関する問い合わせ先
大阪公立大学 広報課
担当：橋本
TEL：06-6967-1834
E-mail：koho-list[at]ml.omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。
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