東工大,新たな光合成電子伝達タンパク質を発見

東京工業大学は,葉緑体で働く新たな光合成電子伝達タンパク質の存在を明らかにした(ニュースリリース)。

植物が行なう光合成は,明反応と呼ばれる光に依存する電子伝達反応と,暗反応と呼ばれる光に直接依存しないカルビンベンソン回路による二酸化炭素同化反応からなる。

最近,明反応での電子はこれまで知られていた以外にも様々な経路へ伝達されることがわかってきている。例えば,光化学系Iやフェレドキシンはプラストキノンや酸素へも電子を伝達する。この代替的電子伝達経路は電子が過剰に電子伝達系に供給される強光条件などで,電子の詰まりを解消する安全弁の役割があると考えられている。

電子伝達系内の過剰な電子は,細胞に毒性のある活性酸素種を生み出すことから,この安全弁の働きは,植物が強光下や変動する光環境で生育するうえで必須と考えられている。しかしその代替的電子伝達経路の詳細は不明だった。

今回,研究グループは,代替的電子伝達経路に関わる新たな電子伝達タンパク質の候補をバイオインフォマティックス的手法により同定した。その候補タンパク質の中で,3つのシステイン(タンパク質を構成するアミノ酸の一種)からなる特徴的なアミノ酸配列を持つものを,Triplet-cysteine repeat protein(TCR)と名付け解析した。

システインは,鉄硫黄クラスターを結合するなど,電子伝達に関係した機能を発揮する場合が多いからだという。実際,TCRタンパク質を大腸菌内で発現させ,精製したところ,鉄硫黄クラスターを保持していた。精製したTCRは,試験管内でフェレドキシンから効率よく電子を受け取った。

次に,ゲノム編集により,モデル植物シロイヌナズナのtcr変異体を作出したところ,この変異体は,野生型や相補株(tcr変異体にTCR遺伝子を導入した個体)に比べ,強光条件下での生育が抑制された。このtcr変異体の光合成電子伝達速度を調べたところ,野生型に比し,特に光化学系I以降の電子の流れが抑制されていることがわかった。

以上のことから,TCRは光合成電子伝達鎖に過剰に電子が供給された際に働く代替的電子伝達経路のタンパク質と考えられるとした。

今回の研究により,今まで不明な点が多かった光合成電子伝達における代替的電子伝達経路の一端が明らかとなった。これを足掛かりに,変動する光環境下でも光合成を高効率に行なう植物の開発が進むことが期待されるとしている。

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