海洋性珪藻新規ピレノイド因子の機能同定～海洋一次生産を担う葉緑体機能のモデル化～

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海洋性珪藻Phaeodactylum tricornutumにおける新規ピレノイド局在タンパク質候補の一つについて、GFP融合タンパク質をP. tricornutumにおいて発現させた。GFPの局在をレーザー共焦点顕微鏡により観察したところ、葉緑体内に中空状にGFP蛍光が観察された。このことから、ピレノイド周辺に局在すると予測された。このタンパク質の海洋性中心目珪藻Thalassiosira pseudonanaにおけるホモログについても、GFP融合タンパク質を発現させることによって局在を観察した。その結果、葉緑体内にGFP蛍光が観察された。この因子の相同タンパク質は、珪藻やごく一部の藻類にしか保存されていない機能未知タンパク質であるが、ピレノイドの機能に関連する因子として興味深い因子である。本研究では、藻類で保存されているCGHR familyのうちの一つ（Pt43233）がP. tricornutumにおいてピレノイドに貫通するチラコイドルーメンに局在する炭酸脱水酵素（carbonic anhydrase: CA）であることが示さた。P. tricornutumにおける無機炭素濃縮機構（CO2-concentrating mechanism: CCM）は、これまでは葉緑体内に取り込まれた重炭酸イオンがピレノイドに局在するCAによりCO2へと変換され、ピレノイドに局在する炭酸固定酵素RubisCOへと供給されるというモデルが提唱されていたが、本研究の結果より重炭酸イオンはチラコイドルーメンに取り込まれ、ピレノイド貫通チラコイドに局在するPt43233によりCO2へと変換され、ピレノイドのRubisCOへと供給されているという緑藻Chlamydomonas reinhardtiiと同様のモデルが提唱され、収斂進化により獲得されたCCMであるが種を超え、そのモデルは共通している可能性が示唆された。また、架橋実験により、チラコイド膜上で重炭酸イオンを輸送するチャネルの候補についても得られている。