光合成反応中心の環境適応に伴う多様化の研究

以光合反应为中心的与环境适应相关的多样化研究

• 批准号: 09J02944
• 负责人: 横野 牧生
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J02944/
• 关键词: 光合成; 環境適応; 時間分解分光; 遅延蛍光; photosynthesis; energy transfer; spillover; bioinformatics

光合成反応中心複合体の環境適応過程の解明を目的とし、Prochlorococcus marinus(P.marinus)の先祖がモノビニルクロロフィル(MV-Chl)のかわりに新たな光合成色素としてジビニルクロロフィル(DV-Chl)を獲得した際にphotosystem II(PSII)反応中心(RC)にどのような変化が必要とされたのかを明らかにした。前年度にはPSII-RC由来の遅延蛍光スペクトルを解析することで、RC近傍での変化を明らかにできることを初めて報告した。今年度は野生型でW-Chlを持つSynechocystisに、1)DV-Chlを導入した変異体、2)さらにPSII-RCの二ヶ所のアミノ酸をP.marinusタイプに置換した変異体、の遅延蛍光スペクトルの解析を行った。色素がDV-Chlに変化することで、PSII-RCに接続するCP47内部でカロテノイドに近接しているレッドクロロフィル(red Chl)へのエネルギー移動経路が一部阻害され、RCに励起エネルギーが集中していた。これは弱光環境においては有利な形質であり、P.marinusの先祖が貧栄養の弱光環境に適応するためにDV-Chlを活用した可能性を示唆する。一方でこの変異体は強光下では死滅した。ここでPSII-RCのアミノ酸をP.marinusタイプに置換することで強光耐性が回復した。この際、PSII二量体内部でRCを迂回する形でCP47のred Chlへの速いエネルギー移動経路が新たに形成されており、この経路は過剰なエネルギーを効率的に熱として散逸させるのに有用だと思われる。P.marinusの先祖は、貧栄養の弱光環境に適応するためにDV-Chlを獲得した後に、一時的な強光にも対応するためにPSII-RCの二ヶ所のアミノ酸を最適化させることで部分的な強光耐性能力をも獲得したと考えられる。

With the aim of elucidating the environmental adaptation process of photosynthetic reaction center complexes, we have clarified what changes were required in the photosystem II (PSII) reaction center (RC) when the ancestors of Prochlorococcus marinus (P. marinus) acquired divinyl chlorophyll (DV-Chl) as a new photosynthetic dye instead of monovinyl chlorophyll (MV-Chl).在上一年，我们首次报告说，通过分析源自PSII-RC的延迟荧光光谱，可以阐明RC附近的变化。今年，我们分析了使用W-CHL的野生型合藻的延迟荧光光谱，1）引入DV-CHL的突变体和2）一个突变体，该突变体用P. sarinus类型代替了PSII-RC中的两个氨基酸。染料更改为DV-CHL，该DV-CHL部分抑制了连接到PSII-RC的CP47内的红色叶绿素（红色CHL）的能量转移路径（红色CHL），并在RC中浓缩了激发能。在弱光环境中，这是一个有利的特征，这表明马里诺斯的祖先可能利用了DV-CHL来适应营养不良的弱光环境。另一方面，该突变体在高光下死亡。在这里，通过用P. Marinus类型代替PSII-RC的氨基酸来恢复高光电阻。目前，在PSII二聚体内形成了CP47到红色CHL的新快速传递路径，这似乎对于将多余的能量作为热量有效耗散很有用。据信，在获得DV-CHL以适应不良营养的弱光环境后，P. Marinus的祖先还通过优化PSII-RC的两个氨基酸来获得部分强烈的光抵抗，以适应临时的强光。

项目成果

Variations in photosystem I properties in the primordial cyanobacterium Gloeobacter violaceus PCC 7421

原始蓝藻Gloeobacter violaceus PCC 7421光系统I特性的变化

• 发表时间: 2010
• 期刊: Photochem.Photobiol. 82
• 作者: M.Mimuro;M.Yokono;S.Akimoto
• 通讯作者: S.Akimoto

Interference of Solar and Oxide Irradiation on Molecular Arrangements in Liquid Water

太阳和氧化物辐照对液态水中分子排列的干扰

• 发表时间: 2009
• 作者: Oguma K;Oshima H;Oshima M.;高野愛;井岡瑞日;久保瑞日;Mamoru Mimuro;Makio Yokono
• 通讯作者: Makio Yokono