基生研,藻類が強すぎる光から身を守るしくみを解明

基礎生物学研究所(基生研)は,藻類が強すぎる光から身を守るしくみをあきらかにした(ニュースリリース)。

植物や藻類は,光のエネルギーを利用して二酸化炭素を固定し糖を合成する(光合成)。多くの場合地表に届く光は光合成装置の限度を超えている。このため,植物や藻類は強い光を浴びたときに,そのエネルギーから身を守るしくみである「qEクエンチング」を発達させて安全に光合成を行なっている。

研究グループは,これまで緑藻クラミドモナスにおいて,葉緑体の中の光化学系IIに結合してqEクエンチングを引き起こすLHCSR3タンパク質に注目し,光合成とは直接関係ないとされていた青色光受容体の一つフォトトロピンがLHCSR3タンパク質の合成に決定的な役割を果たしていることを発見した。

今回研究グループは,フォトトロピンからの青色光シグナルがいかにLHCSR3遺伝子まで伝わるのかを調べるため,遺伝子ゲノム上からフォトトロピン遺伝子が失われたphot欠失変異株を利用した。phot欠失変異株は青色光シグナルをLHCSR3遺伝子に伝えることができないためにqEクエンチングがおこらず,クラミドモナスは強い光に耐えることができない。

研究グループは,phot欠失変異株のこの性質を逆に利用し,phot欠失変異株に変異を誘発し,たくさんの突然変異株の中から強い光のもとでも生きることができる抑圧変異株を複数取得することに成功した。

得られた抑圧変異株のうち3株の解析を進めたところ,ヒトを含め動物・植物に広く分布している小さなタンパク質であるCUL4型E3ユビキチンリガーゼのサブユニット変異株ddb1-1,さらに,それと相互作用する因子の変異株det1-1,det1-2であることがわかった。

これらのE3リガーゼ因子は陸上植物では光形態形成において重要な役割を果たすことがわかっており,その変異植物は暗所でも芽生えがおこる。一方,ヒトでは細胞周期や細胞死に関わっているとされ,がん抑制遺伝子や前がん遺伝子の制御に関わっているとの報告もあるという。

研究グループは,得られた3つの抑圧変異株の解析を進め,DDB1,DET1,CUL4が互いに複合体を形成していること,これらの抑圧変異株では,LHCSR3タンパク質ばかりでなく,qEクエンチングを引き起こすもうひとつの重要タンパク質であるLHCSR1タンパク質の遺伝子合成も誘導され,大きな強光耐性能力(NPQ値)が実現されること,そして強光条件では抑圧変異株は対照株よりも良好に生育することなどを明らかにした。

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