岡山大ら,鉄欠乏環境での光合成反応を解明

岡山大学,神戸大学,東京都立大学,理化学研究所は,シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120の鉄欠乏状態において誘導されるIsiAタンパク質が,選択的な発現制御機構を持ち,光合成光化学反応に必要な励起エネルギー供給を担っていることが明らかにした(ニュースリリース)。

集光性色素タンパク質は,光合成に必要な光エネルギーを集め,光化学系に供給する重要な役割を持つ。シアノバクテリアが鉄欠乏条件下で発現させる集光性色素タンパク質IsiAは種間で数が異なり,4種類もつ種も存在するが,その多様性の理由は不明だった。

研究グループは,isiA遺伝子を4つ持つシアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120の鉄欠乏状態において発現されるIsiAタンパク質の選択的な発現メカニズムおよびそれらIsiAからPSIへの励起エネルギー伝達機構の解明に成功した。

鉄欠乏条件下においてIsiA1が優先的に発現する一方,isiA1遺伝子が不活性化した際にはIsiA2およびIsiA3が発現することを見出した。発現したIsiAはクロロフィルやカロテノイドを持ち,数十~数百ピコ秒でPSIへ励起エネルギー伝達する。このとき,少なくともIsiA1からPSIへは2つのエネルギー伝達経路,IsiA2とIsiA3からは1つのエネルギー伝達経路が存在することがわかったという。

このようなIsiAタンパク質の選択的な発現および励起エネルギー伝達機構により,このシアノバクテリアは鉄欠乏という貧栄養下において光合成反応を上手く調節しているのかもしれないとする。

太陽光を利用したクリーンエネルギーの活用は,エネルギー問題や環境問題の解決につながる。IsiAはシアノバクテリア特有の集光性色素タンパク質であり,他の光合成生物の集光性色素タンパク質と比べ,励起エネルギー伝達機構が異なると考えられているという。

IsiAの光捕集機構をより詳細に理解することは,太陽光エネルギーを効率よく集める分子配置の設計に指針を提供する可能性がある。将来的には,得られた知見を利用することで,太陽光エネルギーの成分の選択的利用に基づいたエネルギー利用デバイスの創出が期待されるとしている。

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