光合成電子伝達系「超複合体」の組み上げ機構：柔軟なアセンブリ様式とその意義に迫る

光合电子传递系统“超复合体”组装机制：走近柔性组装模式及其意义

基本信息

批准号：
17J09745
负责人：
加藤義宣
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo (2018)Kyoto University (2017)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、葉緑体NDH-PSI超複合体がチラコイド膜においてどのように組み上げられるのか、そしてその複雑な巨大構造は進化的にどのように獲得されたのか、明らかにすることを目的としている。本年は、ヒメツリガネゴケにおけるNDH-PSI超複合体の生化学的解析を続行し、NDH-PSI超複合体はLhca5による結合が先に存在し、Lhca6は比較的最近被子植物の共通祖先において獲得されたことを明らかにした。Lhca6の獲得にあたって、その結合部位であるNDH-B部位にはどのような変化が起きたのか明らかにするため、被子植物とコケ植物において各サブユニットを比較した。コケ植物ではサブユニットPnsB2の保存性が低く、むしろ機能未知因子NDF5と高い類似性を示すことを見出した。ショ糖密度勾配超遠心による複合体分離によって、被子植物ではNDF5はB部位の組み上げを補助する因子であることを突き止めた。また、コケ植物はNDF5の機能を持つタンパク質を持っていることをシロイヌナズナ変異体の相補実験から明らかにした。さらに被子植物のゲノム情報を調べたところ、幾つかの種ではNDF5とPnsB2をコードする遺伝子が並んで存在することが明らかになった。これらの結果は、B部位サブユニットPnsB2は、その構造の組み上げを補助する因子NDF5がタンデムな遺伝子重複を起こし、そこから派生して獲得されたことを示している。以上より、組み上げ補助因子に由来するサブユニット獲得、そしてLhca6結合部位獲得によるNDH-PSI超複合体構造の獲得過程の両面から、光合成を支える電子伝達系複合体の複雑化を明らかにした。

在本研究中，我们旨在阐明叶绿体 NDH-PSI 超级复合物是如何在类囊体膜中组装的，以及这种复杂的宏观结构是如何通过进化获得的。今年，我们继续对苔藓植物 Physcomitrella Physalis 中的 NDH-PSI 超复合物进行生化分析，我们发现 NDH-PSI 超复合物首先与 Lhca5 结合，而 Lhca6 是在被子植物的共同祖先中最近获得的。。为了阐明在获取 Lhca6 过程中 NDH-B 结合位点发生了什么变化，我们比较了被子植物和苔藓植物中的每个亚基。我们发现PnsB2亚基在苔藓植物中保守性较差，而与功能未知的因子NDF5表现出高度相似性。通过使用蔗糖密度梯度超速离心分离复合物，我们发现NDF5是协助被子植物中B位点组装的因子。此外，拟南芥突变体的互补实验表明，苔藓植物拥有具有NDF5功能的蛋白质。此外，对被子植物基因组信息的检查表明，编码NDF5和PnsB2的基因在某些物种中同时存在。这些结果表明 B 位点亚基 PnsB2 源自因子 NDF5 的串联基因重复，这有助于其结构组装。综上所述，我们通过获得来自组装辅因子的亚基和通过获得Lhca6结合位点获得NDH-PSI超复合物结构，揭示了支持光合作用的电子传递链复合物的复杂性。