酸素発生型光合成は単一の光化学系でも可能であることを実証(Discovery: oxygenic photosynthesis is possible with only one photosystem)

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2026-07-10 ミュンヘン大学(LMU)

ドイツ・ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン校(LMU)の研究チームは、酸素発生型光合成には従来必須と考えられていた2つの光化学系(光化学系I・II)の両方ではなく、1つの光化学系だけでも酸素を発生できる可能性を実証した。これまで酸素発生型光合成は2つの光化学系が連携して電子を伝達する仕組みが不可欠とされてきたが、研究チームはシアノバクテリアを用いた実験により、特殊な条件下では単一の光化学系でも水を分解して酸素を発生させられることを示した。この発見は、地球初期に酸素発生型光合成がどのように進化したのかという長年の謎に新たな視点を与えるものであり、複雑な二重光化学系へ進化する以前の中間段階が存在した可能性を示唆している。さらに、光合成機構の理解を深めることで、人工光合成や高効率なエネルギー変換技術の開発にも応用が期待される重要な成果である。

<関連情報>

シアノバクテリアにおける光化学系I非依存性酸素発生型光合成 Photosystem I-independent oxygenic photosynthesis in cyanobacteria

Marta Ludwiczak,Marcel Dann,Theo Figueroa-Gonzalez,Eslam M. Abdel-Salam,Weiyang Chen,Serena Schwenkert,Martin Lehmann,Milena Zhivkovikj,Maysoon Noureddine,Markéta Linhartová,Sadanand Gupta,Josef Komenda,Arthur Guljamov,Stefania Viola,Feng Liu & Dario Leister
Nature Communications  Published:10 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74903-2

酸素発生型光合成は単一の光化学系でも可能であることを実証(Discovery: oxygenic photosynthesis is possible with only one photosystem)

Abstract

Oxygenic photosynthesis generates ATP and NADPH via linear electron flow from water to NADP+, a process thought to require photosystem I (PSI) for reductant formation. Here we demonstrate that oxygenic photosynthesis can operate without PSI in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. Using genetic engineering and adaptive laboratory evolution, we obtained PSI-deficient lineages capable of photoautotrophic growth, inorganic carbon fixation, and light-driven oxygen evolution. PSI-independent photoautotrophy arose from co-mutations in at least two proteins, including the translation elongation factor G (FusA), and required a functional NDH-1 complex. We propose that the light-driven electron transport in the evolved strains is reorganised in two branches: one involving terminal oxidases to generate proton motive force, and a second in which reverse NDH-1 activity exploits this gradient to produce reductant. These findings uncover unexpected plasticity in the thylakoid electron transport network and prompt a reassessment of the canonical requirement for PSI in oxygenic photosynthesis.

生物化学工学
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