Adaptive radiation in photosynthetic reaction center proteins of photosynthetic bacteria

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Erythrobacter属の光合成細菌はほとんどが海洋性である近縁他属の細菌群と異なり、海洋・淡水・温泉など多様な環境に生息することが知られる。本研究ではErythrobacter属の適応放散の特性を調べるために光合成器官の系統解析を行ってきた。その結果、光合成反応中心複合体（RC)には、特に淡水性の種で平行進化の傾向が見出された。海水の環境から淡水へと新しい生態学的ニッチを利用可能とする適応進化がRCにも起きていると考え、特に近縁で生息域の塩濃度が異なる２株を中心としてRhodobacter capsulatusのRCの立体構造に当てはめて、変異箇所の分布を調べたところ、特定領域に変異の集中が認められた。2022年度は海洋性と淡水性のErythrobacter属光合成細菌のRCの違いをRCへの電子供与体であるチトクロムとの相互作用にあるとの仮説を立て、系統解析と精製タンパク質の比較の両面から解析を進めた。系統解析からは、複数のチトクロムの内、膜貫通型チトクロムのチトクロムcyがRCと類似の樹形を示し、RCへの電子供与体としてRCと共に環境に適応進化したことが推察された。また、立体構造を用いた解析からは、淡水性のErythrobacter属細菌ではこのチトクロムcyが海洋性のそれとは異なる結合様式が想定された。主にイオンーイオン相互作用によるチトクロムcyとRCの分子認識が周囲の環境によって影響を受けることで双方に変異がもたらされたとの傍証を得られたことは大きな成果である。RCは光合成細菌の分子進化の重要な指標とされることから、環境要因によって実際の系統進化と異なる樹形を得る可能性とその傾向が明らかとなればより精度の高い解釈が可能となる。系統解析から得られた進化モデルを実証するために、精製タンパク質による再構成実験を試みている。