2022-04-14 岡山大学,理化学研究所,東北大学,神戸大学
◆発表のポイント
- クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子構造解析により、酸素発生型光合成を行う生物の中で最も始原的なシアノバクテリアGloeobacter violaceus(以下、グレオバクター)の光化学系Ⅰ(PSI)の詳細な立体構造を決定しました。
- これまで報告されているPSI構造と比較したところ、グレオバクターPSIにはタンパク質の構造や色素分子の配置に大きな違いがあることを見出しました。
- グレオバクターPSIで特異的に見出された構造の特徴は、酸素発生型光合成生物の進化の初期段階の形質であると考えられるため、シアノバクテリアがどのように酸素発生型光合成機構を獲得してきたかの謎を紐解く鍵になることが期待されます。
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、沈建仁教授と理化学研究所放射光科学研究センターの米倉功治グループディレクター(東北大学多元物質科学研究所教授)、浜口祐研究員(現客員研究員、東北大学多元物質科学研究所准教授)の研究グループは、神戸大学の秋本誠志准教授、村上明男准教授(現研究員)と理化学研究所環境資源科学研究センターの堂前直ユニットリーダーとの共同研究により、クライオ電子顕微鏡を用いて、始原的なシアノバクテリアであるグレオバクターのPSI三量体の立体構造解析に成功しました。他のシアノバクテリアのPSI三量体とは異なり、特定のサブユニットのアミノ酸配列や色素分子の配置に大きな差異を見出しました。特に、クロロフィルのいくつかがグレオバクターPSIで欠落していました。このようなPSIの特徴は、光合成生物の進化の指標となることが期待されます。本研究成果は日本時間4月11日、英国の科学雑誌「eLife」に掲載されました。
◆研究者からひとこと
光合成生物にとって当たり前のチラコイド膜をグレオバクターは持たず、細胞膜上で光合成をします。このため始原的なシアノバクテリアと呼ばれてきました。この論文ではグレオバクターのPSIの立体構造解析に成功したため、始原的な光合成生物の光合成特性を示すことができました。今後は、タンパク質分子レベルでの光合成生物の進化に踏み込んでいきたいです。
長尾特任講師
■論文情報
論 文 名:“Structural basis for the absence of low-energy chlorophylls in a photosystem I trimer from Gloeobacter violaceus”
「始原的なシアノバクテリアであるグレオバクターの光化学系I複合体における低エネルギークロロフィル欠損の構造的基盤」
掲 載 紙:eLife
著 者:Koji Kato1, Tasuku Hamaguchi2, Ryo Nagao1, Keisuke Kawakami2, Yoshifumi Ueno3, Takehiro Suzuki4, Hiroko Uchida5, Akio Murakami3,5, Yoshiki Nakajima1, Makio Yokono6, Seiji Akimoto3, Naoshi Dohmae4, Koji Yonekura2,7,8, and Jian-Ren Shen1
URL/DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.73990
1岡山大学・異分野基礎科学研究所
2理化学研究所・放射光科学研究センター
3神戸大学大学院・理学研究科
4理化学研究所・環境資源科学研究センター
5神戸大学・内海域環境教育研究センター
6北海道大学・低温科学研究所
7東北大学・多元物質科学研究所
8理化学研究所・理研-JEOL連携センター
<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)
理化学研究所 放射光科学研究センター
グループディレクター 米倉 功治 (よねくら こうじ)
(理化学研究所 科技ハブ産連本部 バトンゾーン研究推進プログラム
理研-JEOL連携センター 次世代電子顕微鏡開発連携ユニット ユニットリーダー、東北大学 多元物質科学研究所 教授)
