岡山大,強すぎる光に対する藻類の生存戦略を解明

岡山大学の研究グループは,ミドリムシと呼ばれる二次共生緑藻のユーグレナは強光により集光性色素タンパク質から光化学系タンパク質への励起エネルギー供給を抑制する一方で,エネルギー消光を誘導することを明らかにした(ニュースリリース)。

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は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いる。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が,陸上植物以外のほとんどの光合成生物ではその詳細が不明だった。

単細胞真核藻類であるユーグレナは緑藻から進化した二次共生藻といわれており,健康食品として利用されている。光合成に関する特徴としては,カロテノイドという色素成分において,陸上植物と異なる種類のものを含む。研究グループは今回,陸上植物と異なる色素系を持つユーグレナの,過剰光に対処するためのメカニズムを調べた。

研究グループはユーグレナに過剰光を照射し,励起エネルギー伝達の変化を時間分解蛍光分光法にて捉えることに成功した。ユーグレナに300µEの白色光を照射したところ,光化学系 IIの酸素発生活性が検出されなかった。

このことは,300µEの光強度がユーグレナにとって過剰光であることを意味する。過剰光による摂動を与えた細胞(強光細胞)では,クロロフィルb,ジアジノキサンチン,ネオキサンチンといった色素分子の量が変化した。

定常蛍光分光測定の結果,強光細胞では集光性色素タンパク質から光化学系I・IIタンパク質へのエネルギー移動が抑制されていた。また,時間分解蛍光分光測定を行ない,その平均蛍光寿命を求めたところ,強光細胞では通常培養光条件の細胞に比べて蛍光寿命が短くなったという。

この本研究により,過剰光を受けたユーグレナは色素分子を調節し,励起エネルギー消光を誘導することが示唆された。これは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であると考えられるとする。

水域に広く存在し,光合成一次生産に大きく寄与する微細藻類の光環境適応機構を理解することは,光合成の全体像を捉えるうえでも重要となる。これは,太陽光を利用したクリーンエネルギーの活用,つまりエネルギー問題や環境問題の解決につながる非常に重要な事柄だという。

また,ユーグレナは有用藻類であるため,この研究のような光合成機能の理解はバイオマス増産に対する基礎研究として位置づけられるとしている。

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