【岡山大学】珪藻の光化学系II－集光性色素タンパク質超分子複合体の立体構造解明 ～集光性色素タンパク質の進化を紐解く糸口に～

岡山大学と神戸大学、京都大学の共同研究成果です！

2022（令和4）年 4月 8日
国立大学法人岡山大学
https://www.okayama-u.ac.jp/
 

＜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、褐色を呈する珪藻の光化学系II-集光性色素タンパク質の立体構造を決定しました。
• 珪藻の巨大複合体の立体構造は陸上植物と比較して、色素やタンパク質の組成が大きく異なり、多様性を生み出していることがわかりました。
• 色素の並び方から、水中でエネルギーを効率よく利用する仕組みがわかり、光合成生物が多様な環境に応じて効率よく太陽光エネルギーを利用する仕組みを獲得してきたことが明らかになりました。

◆概 要
　国立大学法人岡山大学（本部：岡山市北区、学長：槇野博史）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、神戸大学大学院理学研究科の秋本誠志准教授らの共同研究グループは、京都大学の伊福健太郎教授らとの共同研究により、クライオ電子顕微鏡を用いて、珪藻の光化学系II-フコキサンチンクロロフィルタンパク質II超分子複合体（PSII-FCPII）の立体構造解析に成功しました。PSII-FCPII構造の空間分解能が向上した結果、PSIIに結合する全てのFCP遺伝子を同定し、より正確な色素配置を明らかにしました。

　この結果から、水中で太陽光エネルギーを効率よく収集・逸散する仕組みや、光合成生物が多様な環境に応じて集光性色素タンパク質を進化させてきたことが明らかになりました。

　本研究成果は、日本時間2022年4月1日（金）（英国時間：1日午前10時）、英国の科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。

 

図. 珪藻PSII-FCPIIの立体構造
PSII1個（紫色）、FCPヘテロ四量体2個（赤点線で囲んだ部分）、FCP単量体3個（黄色、緑色、橙色）を1セット、灰色の部分がもう1セットとなり二量体を形成する。二量体の境界面は緑色の線を引いている。FCPヘテロ四量体のうち、それぞれの色は同一の遺伝子を示す。


◆長尾遼特任講師からのひとこと
　珪藻PSII-FCPIIの立体構造解析は2019年に一度報告しました（Nagao et al., 2019 Nature Plants）。この時はFCPや色素分子の同定が不十分でしたので、いつか解明したいという強い思いがありました。今回、それが実現できたのでとても満足しています。

長尾 遼 特任講師

◆論文情報
　論 文 名：“Structural basis for different types of hetero-tetrameric light-harvesting complexes in a diatom PSII-FCPII supercomplex”
　　　　　「FCPヘテロ四量体を含む珪藻PSII-FCPII超複合体の構造基盤」
　掲 載 紙：Nature Communications
　著 　者：Ryo Nagao1, Koji Kato1, Minoru Kumazawa2, Kentaro Ifuku3, Makio Yokono4, Takehiro Suzuki5, Naoshi Dohmae5, Fusamichi Akita1, Seiji Akimoto6, Naoyuki Miyazaki7, and Jian-Ren Shen1
　URL/DOI：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29294-5
　所属一覧：1岡山大学・異分野基礎科学研究所
　　　　　　2京都大学大学院・生命科学研究科
　　　　　　3京都大学大学院・農学研究科
　　　　　　4北海道大学・低温科学研究所
　　　　　　5理化学研究所・環境資源科学研究センター
　　　　　　6神戸大学大学院・理学研究科
　　　　　　7筑波大学・生存ダイナミクス研究センター


◆詳しいプレスリリースについて
　珪藻の光化学系II-集光性色素タンパク質超分子複合体の立体構造解明～集光性色素タンパク質の進化を紐解く糸口に～
　https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r4/press20220404.pdf


◆参 考
・【岡山大学】「強すぎる光」に対する藻類の生存戦略を解明！ 強光を受けた際の有用藻類ユーグレナの光エネルギー利用機構を明らかに
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000104.000072793.html
・【岡山大学】光捕集複合体フィコビリソームの単粒子構造解析 －藻類の太陽光エネルギーを吸収するタンパク質構造を解明－
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000119.000072793.html
・【岡山大学】窒素固定を行うアナベナヘテロシストの光捕集機構を解明 ～窒素肥料依存による環境負荷の低減につながる発見～
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000353.000072793.html
・【岡山大学】光合成真核生物で初の光化学系I複合体の多量体構造を解明～原核生物から真核生物への進化を解明する糸口に～
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000620.000072793.html


◆参考情報
・岡山大学異分野基礎科学研究所（RIIS）
　http://www.riis.okayama-u.ac.jp/
・【岡山大学】岡山大学異分野基礎科学研究所竣工式を挙行しました
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000089.000072793.html

 

岡山大学異分野基礎科学研究所（RIIS）が所在する岡山大学津島キャンパス（岡山市北区）

◆本件お問い合わせ先
　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）
　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中3丁目1番1号 岡山大学津島キャンパス
　TEL：[phone]
　Twitter：https://twitter.com/NagryPhotosyn
　YouTube：https://www.youtube.com/channel/UC8aXWfXWUzxNzAiHpuFRaTQ
　https://ryoagan.wixsite.com/nagaoryo

＜岡山大学の産学官連携等に関するお問い合わせ先＞
　岡山大学研究推進機構 産学官連携本部
　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1　岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
　TEL：[phone]
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　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい
　https://www.orsd.okayama-u.ac.jp/

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　産学共創活動「岡山大学オープンイノベーションチャレンジ」2022年4月期共創活動パートナー募集中：
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000603.000072793.html

　岡山大学『THEインパクトランキング2021』総合ランキング 世界トップ200位以内、国内同列１位!!
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000070.000072793.html
　岡山大学『大学ブランド・イメージ調査2021～2022』「SDGsに積極的な大学」中国・四国１位!!
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000373.000072793.html
　岡山大学『企業の人事担当者から見た大学イメージ調査2022年度版』中国・四国１位!!
　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000122.000072793.html

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