緑色系統二次共生藻ユーグレナにおける非典型的光化学系I超複合体の立体構造を解明

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2025-11-07 静岡大学

静岡大学農学部の長尾遼准教授らの研究チームは、ユーグレナ(ミドリムシ)由来の光化学系I–集光性色素タンパク質複合体(PSI–LHCI)の立体構造をクライオ電子顕微鏡で2.82Å分解能にて決定した。解析の結果、PSIは通常より少ない8サブユニットから成る「縮約型」で、13個のLHCIが不規則に配置し、緑藻型の整列構造を欠くことが明らかにされた。さらに、紅色系統特有の色素ジアジノキサンチンを結合しており、PSIサブユニットの一部がシアノバクテリア由来であることから、ユーグレナが「モザイク的進化」により光合成機構を獲得したと示唆された。成果はNature Plants誌に掲載。

緑色系統二次共生藻ユーグレナにおける非典型的光化学系I超複合体の立体構造を解明
図1.ユーグレナPSI-LHCIの立体構造
左図はPSIの各サブユニットを、右図はLHCIの各サブユニットをそれぞれラベルした。

<関連情報>

ミドリムシの光化学系I超複合体の分岐進化に関する構造的知見 Structural insights into the divergent evolution of a photosystem I supercomplex in Euglena gracilis

Koji Kato, Yoshiki Nakajima, Runa Sakamoto, Minoru Kumazawa
Science Advances  Published:31 Oct 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aea6241

Abstract

Photosystem I (PSI) forms supercomplexes with light-harvesting complexes (LHCs) to perform oxygenic photosynthesis. Here, we report a 2.82-angstrom cryo–electron microscopy structure of the PSI-LHCI supercomplex from Euglena gracilis, a eukaryotic alga with secondary green alga-derived plastids. The structure reveals a PSI monomer core with eight subunits and 13 asymmetrically arranged LHCI proteins. Euglena LHCIs bind diadinoxanthin, which is one of the carotenoids typically associated with red-lineage LHCs and is not present in the canonical LHCI belt found in green-lineage PSI-LHCI structures. Phylogenetic analysis shows that the Euglena LHCIs originated from LHCII-related clades rather than from the green-lineage LHCI group and that the nuclear-encoded PSI subunit PsaD likely originated from cyanobacteria via horizontal gene transfer. These observations indicate a mosaic origin of the Euglena PSI-LHCI. Our findings uncover a noncanonical light-harvesting architecture and highlight the structural and evolutionary plasticity of photosynthetic systems, illustrating how endosymbiotic acquisition and lineage-specific adaptation shape divergent light-harvesting strategies.

生物化学工学
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