微細藻類が光合成を保つために必要なCO2濃縮機構の経路を解明しました。今回、細胞外から葉緑体内部に重炭酸イオンを輸送する2つの輸送体が協調して働くことを、遺伝子の破壊実験によって発見しました。Proc. Natl. Acad. Sci. USA112: 7315-7320 (2015)

藻類の光合成を支える二酸化炭素濃縮システムを解明

 山野隆志 生命科学研究科助教、福澤秀哉 同教授らの研究グループは、水中に生息する藻類が持つ効率的な光合成に必須な二酸化炭素濃縮システムを明らかにしました。

本研究成果は、2015年5月26日(米国時間)付で米国科学アカデミー紀要に掲載されました。

研究者からのコメント

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左から福澤教授、山野助教

微生物細胞機構学

 現在の地球環境は、温暖化・食糧不足・エネルギー枯渇などさまざまな問題を抱えています。これに対して、植物プランクトンが持つ遺伝子を利用して光合成の能力を高めた植物を創出することで解決しようとする試みが、世界的な競争のなか進められています。植物プランクトンの緑藻で、葉緑体の内部に二酸化炭素(CO2)を濃縮する仕組みが今回初めて解明されました。この仕組みを担う重炭酸イオン輸送体を利用することで、上記の解決困難な問題のブレイクスルーにつながるような研究を進めていきたいと思います。

・細胞膜と葉緑体包膜に局在する二つの輸送体が協調して、重炭酸イオンを細胞の外から葉緑体内部に輸送・濃縮することで、光合成の効率が高くなっていることを解明
・今回明らかにした二つの重炭酸イオン輸送体からなるCO2濃縮システムが、高い光合成能を持つ藻類・植物の創出へ利用できると期待

 

概要

 光合成で生育する植物にとって必要なCO2を、細胞内に効率よく取り込むことは植物の生存に必須です。水中ではCO2の拡散速度が大気中の10,000分の1であることが知られており、水中に生息する藻類は、多くの陸上植物にあるCO2固定回路のみでは十分に光合成が行えません。このような水中のCO2欠乏環境においても光合成を維持して生存するために、藻類は細胞膜と葉緑体包膜という二つの障壁を乗り越えて、能動的に重炭酸イオンを取り込み、細胞内に濃縮することで光合成を維持します。この藻類のCO2濃縮現象は1980年に発見されましたが、その輸送を担っている分子の詳細は長らく不明でした。

 そこで本研究グループは、淡水中や土壌に生息するミドリムシの一種である単細胞緑藻クラミドモナスから、細胞膜と葉緑体包膜に局在する重炭酸イオン輸送体の同定を試みました。その結果、淡水に生息する藻類が共通してもつ、細胞膜と葉緑体包膜の2段階からなる重炭酸イオン輸送経路が初めて解明されました。

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 図:緑藻クラミドモナスのモデル図と、今回明らかにしたHLA3とLCIAによる重炭酸イオンの輸送経路(赤点線)

詳しい研究内容について

“藻類の光合成を支える二酸化炭素濃縮システムを解明

書誌情報

Takashi Yamano, Emi Sato, Hiro Iguchi, Yuri Fukuda, and Hideya Fukuzawa “Characterization of cooperative bicarbonate uptake into chloroplast stroma in the green alga Chlamydomonas reinhardtii”

PNAS 2015 ; published ahead of print May 26, 2015

  • 京都新聞(5月26日夕刊 8面)に掲載されました。