岡山大,集光性色素タンパク質の分子調節機構解明

岡山大学は,珪藻Phaeodactylum tricornutumの強光照射におけるフコキサンチン-クロロフィル結合タンパク質(FCP)の発現およびそれらの励起エネルギー伝達機構の解明に成功した(ニューリリース)。

光合成生物にとって太陽光エネルギーは欠かせないが,過剰な光エネルギーにより死滅の可能性がある。一日のうち,太陽光強度は絶えず変動する。陸上植物では日照状況により集光性色素タンパク質の組成や色素成分を調節することが知られており,この調節メカニズムは,過剰光に対する防御策であると考えられている。

集光性色素タンパク質であるFCPは太陽光エネルギーの中の青色から緑色の光を吸収することに優れており,これは植物が持つ集光性色素タンパク質の吸収領域(赤色と青紫色)と大きく異なる。このFCPを持つ珪藻はどのようにタンパク質および色素組成を調節し,調節されたFCPはどのような機能を持つのかその詳細は不明だった。

今回,研究グループは,実験により弱光条件では一種類のFCP複合体(LL1)を得た一方,強光条件では二種類のFCP複合体(HL1とHL2)を得た。

これら三種類のFCP複合体の機能を時間分解蛍光分光法により調べたところ,弱光FCP(LL1)と比較し,強光FCP(HL1と HL2)では励起エネルギー伝達経路の変化および励起エネルギー消光が観測された。これは弱光条件でのFCPでは検出されなかったため,強光条件によって初めて発現するFCPの特徴だという。

つまり,強光ストレスを受けたPhaeodactylumは,エネルギー消光を行なうためにFCPの分子構造を変化させることが明らかになった。珪藻が持つFCPの分子調節機構は,強光下で余剰の光エネルギーを積極的に散逸させるための防御策の一種であるとする。

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。光環境変化によって調節される集光性色素タンパク質の励起エネルギー伝達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。

研究グループは,将来的に,得られた知見を利用することで,太陽光エネルギー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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