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

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2025-11-27 大阪公立大学

大阪公立大学・大阪大学・基礎生物学研究所の共同研究グループは、原始緑藻プラシノ藻が持つ光合成アンテナタンパク質 Lhcp の立体構造を、クライオ電子顕微鏡により高分解能で解明した。Lhcpは、海底の弱光・青緑光環境に適応した光捕集複合体であり、青緑色光を効率的に吸収する特殊な色素配置と、複数の特異的カロテノイド結合を特徴とすることが判明した。特に今回初めて構造決定されたカロテノイドが複合体の構造安定化に大きく寄与しており、原始緑藻が海底環境に特化した光利用戦略を分子レベルで示している。また、陸上植物が異なる光環境に適応する中で LHCII を採用するに至った進化的理由の理解にもつながる成果である。これにより、光合成アンテナの進化と環境適応の分子基盤が明らかになり、光エネルギー変換の生物学的理解が深まると期待される。

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
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。

<関連情報>

プラシノ藻特有の光合成集光複合体Lhcpにおける特徴的かつ機能的な色素配列 Distinctive and functional pigment arrangements in Lhcp, a prasinophyte-specific photosynthetic light-harvesting complex

Soichiro Seki,Masato Kubota,Nami Yamano,Eunchul Kim,Asako Ishii,Tomoko Miyata,Hideaki Tanaka,Richard J. Cogdell,Jian-Ping Zhang,Keiichi Namba,Genji Kurisu,Jun Minagawa & Ritsuko Fujii
Communications Biology  Published:17 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-025-08977-x

Abstract

Light harvesting is essential for photosynthesis, and the diversity of light-harvesting systems enables photosynthetic organisms to acquire unique niches and thrive. Prasinophytes are marine green algae that diverge early in the evolution of photosynthetic eukaryotes and use a distinct light-harvesting complex known as Lhcp as their primary antenna. Lhcp consists of proteins and pigments unique to prasinophytes but shares some structural and functional features with the plant-type light-harvesting complex LHCII. Here, we use cryo-electron microscopy to determine the structure of Lhcp from the prasinophyte Ostreococcus tauri at 1.94 Å resolution, revealing all pigments responsible for light harvesting. The results show that the trimeric structure of Lhcp is stabilized by pigments, including a distinctive carotenoid identified as the cis-isomer of esterified antheraxanthin B. Comparison of Lhcp and plant-type LHCII reveals that while their core architecture is conserved, structural differences underlie their functional divergence. This work provides insight into the evolution of light-harvesting systems and highlights how structural diversity contributes to ecological adaptation.

生物化学工学
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