【岡山大学】光合成反応における光損傷と修復のメカニズム解明 ～傷ついたタンパク質を見つけて分解するしくみを明らかに～
2023（令和5）年 11月 22日
国立大学法人岡山大学
https://www.okayama-u.ac.jp/
＜発表のポイント＞
光は、光合成に必要なエネルギー源ですが、同時にタンパク質でできた光合成を担う装置（光化学系II）を傷つけてしまいます。
光化学系IIには電気系統のヒューズのように傷つきやすい部品タンパク質があり、傷つくと速やかに交換されます。しかし、その部品タンパク質が傷ついていることをどのように見分けるかは謎のままでした。
今回、部品タンパク質内の特定のアミノ酸が酸化されることがその目印になることを日本、中国、フランス、ドイツの国際共同研究により解明しました。この成果は、光合成の効率を高めるなどの応用への貢献が期待されます。
◆概 要
国立大学法人岡山大学（本部：岡山市北区、学長：那須保友）の高等先鋭研究院である資源植物科学研究所（倉敷市）光環境適応研究グループの坂本亘教授、摂南大学農学部応用生物科学科の加藤裕介講師、東京大学先端科学技術研究センター／同大学大学院工学系研究科の石北央教授、斉藤圭亮准教授らのグループは、中国科学院、フランス国立科学研究センター、ミュンスター大学などのグループと共同で、光合成の明反応を担う分子サイズの装置「光化学系II」の機能維持に重要である光化学系II修復が、どのように引き起こされるかの分子メカニズムを明らかにしました。
光合成には光が必要ですが、光は同時に活性酸素を生じ、光合成装置を傷つけてしまうことが知られています。光合成装置の光化学系IIはさまざまなタンパク質からなる複合体ですが、その部品であるタンパク質がダメージを受けてしまうのです。植物などの光合成生物は傷ついた部品タンパク質を取り替えるという仕組みを創り上げてきました（光合成装置の修復）。しかし、細胞の中でどのように傷ついた部品タンパク質と無傷の部品タンパク質を見分けているかは謎のままでした。今回の研究では、光合成装置の中でヒューズのような役割をする部品タンパク質に生じるアミノ酸の酸化がきっかけとなり、傷ついたタンパク質が取り除かれ、修復されることが明らかとなりました。
効率的に傷ついた光合成装置を修復する仕組みをより詳しく理解することは、光合成効率の向上につながると考えられます。
この研究成果は、2023年11月21日8時（グリニッジ標準時）に、国際科学誌「eLife」に掲載されました。
◆坂本亘教授からのひとこと
たくさんのタンパク質が組み合わさってできている光合成装置は知れば知るほど精密な機械みたいです。その精密な装置ではどうしても部品が壊れてしまうことがあるのですが、壊れた部品をちゃんと見分ける仕組みまであるのは驚きです。
たくさんの部品の中から、壊れた部品を見分け、それだけ作り直す。植物ははるか以前からリサイクルをしていたのですね。
坂本亘教授
◆論文情報
論 文 名：Characterization of Tryptophan Oxidation Affecting D1 Degradation by FtsH in the
Photosystem II Quality Control of Chloroplasts
掲 載 紙：eLife
著 者：Yusuke Kato, Hiroshi Kuroda, Shin-Ichiro Ozawa, Keisuke Saito, Vivek Dogra, Martin
Scholz, Guoxian Zhang, Catherine de Vitry, Hiroshi Ishikita, Chanhong Kim, Michael
Hippler, Yuichiro Takahashi, and Wataru Sakamoto
D O I：https://doi.org/10.7554/eLife.88822
U R L：https://elifesciences.org/articles/88822
◆研究資金
本研究は、科学研究費（学術変革領域A および基盤研究B）、公益社団法人大原奨農会の研究助成により行われました。また本研究の一部は、岡山大学の生命科学RECTOR 国際光合成拠点プログラムによるドイツとの国際共同研究として行われた成果です。
◆詳しい研究内容について
光合成反応における光損傷と修復のメカニズム解明～傷ついたタンパク質を見つけて分解するしくみを明らかに～
https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r5/press20231120-1.pdf
◆参 考
・岡山大学資源植物科学研究所（IPSR）
https://www.rib.okayama-u.ac.jp/
・岡山大学資源植物科学研究所 光環境適応研究グループ
https://www.rib.okayama-u.ac.jp/saka/
・【岡山大学】岡山大学資源植物科学研究所を「岡山大学高等先鋭研究院」に認定 ～我が国初で岡山大学独自の"世界と伍す研究・イノベーションの卓越と厚みを育成するシステム"を始動～
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001796.000072793.html
・【岡山大学】岡山大学4研究所が「高等先鋭研究院」として始動 ～組織としての「箱」ではなく、卓越、イノベーション創出、流動、育成を兼ね揃えた「システム」として運用を開始～
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001835.000072793.html
◆参考情報
・【岡山大学】穀物の「芒（ぼう）」ができなくなるしくみの解明
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000694.000072793.html
・【岡山大学】生命の源、光合成の足場づくり ～「足場＝チラコイド膜」を守り光合成を高めるしくみを明らかに～
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000144.000072793.html
・【岡山大学】作物でまれに起こる有機リン系殺虫剤の薬害に関する遺伝子の発見 〜バイオマス作物ソルガム（たかきび）を用いた研究から〜
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000291.000072793.html
・【岡山大学】資源植物科学研究所の坂本亘教授が米国植物生物学会ASPBの在外終身名誉会員賞を受賞
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001700.000072793.html
◆岡山大学資源植物科学研究所紹介動画
https://youtu.be/KXs9b2PPYO0
（YouTube 23:10）
https://youtu.be/DWFZSfxnFxI
（YouTube 2:15）
◆本件お問い合わせ先
＜研究に関するお問い合わせ＞
岡山大学資源植物科学研究所 光環境適応研究グループ 教授 坂本 亘
〒710-0046 岡山県倉敷市中央2-20-1
TEL: 086-434-1206
https://www.rib.okayama-u.ac.jp/saka/
＜報道に関するお問い合わせ＞
国立大学法人岡山大学 総務・企画部 広報課
TEL: 086-251-7292
摂南大学 学校法人常翔学園 広報室（石村、上田）
TEL: 06-6954-4026
国立大学法人東京大学 先端科学技術研究センター 広報・情報室
TEL: 03-5452-5424
＜岡山大学の産学官連携など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：086-251-8463
E-mail：sangaku◎okayama-u.ac.jp
https://www.orsd.okayama-u.ac.jp/
岡山大学メディア「OTD」（アプリ）：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000011.000072793.html
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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!!
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