研究総説が科学誌に受理されました！！（2015-03）

2015年2月22日

植物と緑藻の光環境適応メカニズムの差異や、研究最前線の現状をまとめた総説が科学誌The Plant Journal誌に受理されました。

総説のタイトルおよび要約は下記の通りです。

-Title-
Dynamic Regulation of Photosynthesis in Chlamydomonas reinhardtii

-Authors-

Jun Minagawa and Ryutaro Tokutsu

-Summary-
Plants and algae have acquired the ability to acclimate to ever-changing environments to survive. During photosynthesis, light energy is converted by several membrane protein supercomplexes into electrochemical energy, which is eventually used to assimilate CO2. The efficiency of photosynthesis is modulated by many environmental factors, including temperature, drought, CO2 concentration, and quality and quantity of light. Recently, our understanding of such regulators of photosynthesis and the underlying molecular mechanisms has increased considerably. The photosynthetic supercomplexes undergo supramolecular reorganizations within a short time after receiving environmental cues. These reorganizations include state transitions that balance the excitation of the two photosystems, qE quenching that thermally dissipates excess energy at the level of the light-harvesting antenna, and cyclic electron flow that supplies the increased ATP demanded by CO2 assimilation and the ΔpH to activate qE quenching. This review will focus on recent findings regarding the environmental regulation of photosynthesis in model organisms, paying particular attention to the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii, which offers a glimpse into the dynamic behavior of photosynthetic machinery in nature.

これまでの高等植物と藻類の光合成・光環境適応メカニズムの研究から明らかになったこと、そして残されている課題、今後の研究展望等をまとめた総説になっていますので、興味を持たれた方は、是非こちらから！

研究成果論文が科学誌に受理されました！！（2015-02）

2015年2月19日

当研究室とドイツのMichael Hipppler教授の研究室との共同研究成果が、研究論文として科学誌のPlant Physiology誌に受理されました。

論文のタイトルおよび要旨は下記の通りです。

-Title-
PSBR is required for efficient binding of LHCSR3 to photosystem II - light-harvesting supercomplexes in Chlamydomonas reinhardtii. 

-Authors-

Huidan Xue, Ryutaro Tokutsu, Sonja Verena Bergner, Martin Scholz, Jun Minagawa, and Michael Hippler.

-Abstract-

In Chlamydomonas reinhardtii the LHCSR3 protein is crucial for efficient energy-dependent thermal dissipation of excess absorbed light energy and functionally associates with PSII-LHCII supercomplexes. Currently, it is unknown of how LHCSR3 binds to the PSII-LHCII supercomplex. In this study we investigated the role of PSBR, an intrinsic membrane-spanning PSII subunit, in binding of LHCSR3 to PSII-LHCII supercomplexes. Down regulation of PSBR expression diminished the efficiency of oxygen evolution and the extent of non-photochemical quenching (NPQ) and had an impact on the stability of the oxygen-evolving complex as well as on PSII-LHCII-LHCSR3 supercomplex formation. Its down regulation destabilized the PSII-LHCII supercomplex and strongly reduced binding of LHCSR3 to PSII-LHCII supercomplexes as revealed by quantitative proteomics. PSBP deletion on the contrary destabilized PSBQ binding but did not affect PSBR and LHCSR3 association with PSII-LHCII. In summary, the data provide clear evidence that PSBR is required for stable binding of LHCSR3 to PSII-LHCII supercomplexes, essential for efficient qE quenching, and integrity of the PSII-LHCII-LHCSR3 supercomplex under continuous high light.

論文pdfはこちら


-簡単な解説-
　これまでの研究から、緑藻の光合成反応の現場である葉緑体の中では、光の変化に応じて、様々な生物反応がダイナミックに展開されていることが分かってきました。その中でも強い光、特に光合成の許容量を超えるような過剰な光から光合成器官を守るために、緑藻はqEクエンチングと呼ばれる『余分な光エネルギーを消去する』反応を駆動することが分かっています。また、このqEクエンチングには、LHCSR3と呼ばれるタンパク質が必須であり、これまでの研究から、LHCSR3は光化学系2複合体に結合して機能することが分かっています。
　本研究では、緑藻クラミドモナスを用い、LHCSR3がどのようにして光化学系2に結合しているのかを明らかにしようと試みました。本研究で着目した、光化学系2複合体の構成サブユニットの一つであるPSBRは、これまでその機能は多くは分かっていませんでした。本研究では、RNAi法を用いることでPSBRの発現を抑制した変異株を作成し、qEクエンチングへの影響および、光化学系2-LHCSR3間の結合能を評価しました。
　結果として、PSBRはLHCSR3と直接的に相互作用している可能性が示され、緑藻のqEクエンチングはLHCSR3がPSBRを介して光化学系2へと結合することで活性化することが強く示唆されました。

研究成果論文が科学誌に受理されました！！（2015-01）

2015年2月6日

ミドリイシ系サンゴ

サンゴに共生し、光合成産物を供給する褐虫藻

褐虫藻の持つ遺伝子の進化

当研究室と沖縄科学技術大学院大学（OIST）の佐藤矩行教授の研究室との共同研究成果が、研究論文として科学誌PLoS Oneに受理されました。

総説のタイトルおよび要約は下記の通りです。

-Title-
Diversification of light harvesting complex gene family via intra- and intergenic duplications in the coral symbiotic alga Symbiodinium

-Authors-

Shinichiro Maruyama, Eiichi Shoguchi, Nori Satoh, and Jun Minagawa.

-Summary-
The light-harvesting complex (LHC) is an essential component in light energy capture and transduction to facilitate downstream photosynthetic reactions in plant and algal chloroplasts. The unicellular dinoflagellate alga Symbiodinium is an endosymbiont of cnidarian animals, including corals and sea anemones, and provides carbohydrates generated through photosynthesis to host animals. Although Symbiodinium possesses a unique LHC gene family, called chlorophyll a-chlorophyll c2-peridinin protein complex (acpPC), its genome-level diversity and evolutionary trajectories have not been investigated. Here, we describe a phylogenetic analysis revealing that many of the LHCs are encoded by highly duplicated genes with multi-subunit polyprotein structures in the nuclear genome of Symbiodinium minutum. This analysis provides an extended list of the LHC gene family in a single organism, including 80 loci encoding polyproteins composed of 145 LHC subunits recovered in the phylogenetic tree. In S. minutum, 5 phylogenetic groups of the Lhcf-type gene family, which is exclusively conserved in algae harboring secondary plastids of red algal origin, were identified. Moreover, 5 groups of the Lhcr-type gene family, of which members are known to be associated with PSI in red algal plastids and secondary plastids of red algal origin, were identified. Notably, members classified within a phylogenetic group of the Lhcf-type (group F1) are highly duplicated, which may explain the presence of an unusually large number of LHC genes in this species. Some gene units were homologous to other units within single loci of the polyprotein genes, whereas intergenic homologies between separate loci were conspicuous in other cases, implying that gene unit ‘shuffling’ by gene conversion and/or genome rearrangement might have been a driving force for diversification. These results suggest that vigorous intra- and intergenic gene duplication events have resulted in the genomic framework of photosynthesis in coral symbiont dinoflagellate algae.

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-簡単な解説-
　サンゴなど刺胞動物の共生藻として知られる褐虫藻Symbiodinium（渦鞭毛藻の一種）は光合成により光エネルギーを糖などに変えて宿主に供給しています。褐虫藻のゲノムには光合成において重要な役割と果たす光受容アンテナ複合体の遺伝子が数多く存在することが知られていますが、どのようにしてそれらの膨大な数の遺伝子が進化してきたのかは分かっていませんでした。
　今回の研究では、褐虫藻の持つ光受容アンテナ複合体遺伝子を全ゲノム規模で分子系統学的に解析することにより、ある特定の遺伝子ファミリーで爆発的に遺伝子数が増加していること、遺伝子数の増大は「遺伝子間重複」と「遺伝子内重複」という過程を繰り返して生じてきたこと、また生物史的にはこうした遺伝子重複は褐虫藻が種分化する以前に起きていたことが示されました。今回の成果により、褐虫藻がサンゴなどとの共生関係を営む上で、実際にどのように光合成機能を維持しているのかを研究する上での重要な足がかりが得られました。