激変する光環境に応答した光合成ステート遷移によるCO2吸収の制御メカニズム

研究目的：自然環境において、光は強度、質ともに常に変動している。陸生植物をはじめとする光合成生物が、分単位で激変する光環境に応答して“ステート遷移”により光合成明反応を調節していることはよく知られているが、これがどのように光合成効率の維持につながっているか十分には理解されていない。一方で、地球上の光合成のおよそ半分を担う微細藻類の生息する水圏では、光合成基質であるCO2の獲得に “CO2濃縮機構（CCM）”も必須である。申請者は、激変する光環境下では緑藻クラミドモナスのステート遷移欠損変異体の生育が、CCM欠損変異体と同様にCO2欠乏時のみ野生株よりも遅れることを見出した。これは、2つの環境応答機構が密接に関わっていることを示している。一方で、ステート遷移の最重要因子STT7とCO2欠乏誘導性タンパク質の一つであるLHCSR3は、いずれも強光への応答に必要であると報告されている。これらに基づいて、本研究では激変する自然光への光合成生物の適応を理解するために、鍵因子としてSTT7とLHCSR3に注目し、光変動環境下でのこれらの役割を解析した。実施内容：光変動環境を屋外環境測定データに基づいて実験室内のフォトバイオリアクター上で再現し、緑藻クラミドモナスの野生株、STT7欠損株、LHCSR3欠損株をそれぞれ培養した。その結果、定常光環境では生育に大きな差が見られないいずれの欠損株も、明確に野生株よりも生育が阻害された。詳細な解析の結果、LHCSR3欠損株はNPQ（過剰な光エネルギーを熱として捨てるメカニズム）を欠損しているため、日中の強光により光合成装置が大きく損傷を受けることがわかった。一方でSTT7欠損株では、LHCSR3に依存したNPQの活性を適切に調節出来ず、光の弱い時間帯（日没前等）でも光エネルギーが捨てられ光合成効率が大幅に低下していることがわかった。以上により、ステート遷移とCCMをつなぐ因子の機能相関の一端が明らかになった。

研究目的：自然環境において、光は強度、質ともに常に変動している。陸生植物をはじめとする光合成生物が、分単位で激変する光環境に応答して“ステート遷移”により光合成明反応を調節していることはよく知られているが、これがどのように光合成効率の維持につながっているか十分には理解されていない。一方で、地球上の光合成のおよそ半分を担う微細藻類の生息する水圏では、光合成基質であるCO2の獲得に “CO2濃縮機構（CCM）”も必須である。申請者は、激変する光環境下では緑藻クラミドモナスのステート遷移欠損変異体の生育が、CCM欠損変異体と同様にCO2欠乏時のみ野生株よりも遅れることを見出した。これは、2つの環境応答機構が密接に関わっていることを示している。一方で、ステート遷移の最重要因子STT7とCO2欠乏誘導性タンパク質の一つであるLHCSR3は、いずれも強光への応答に必要であると報告されている。これらに基づいて、本研究では激変する自然光への光合成生物の適応を理解するために、鍵因子としてSTT7とLHCSR3に注目し、光変動環境下でのこれらの役割を解析した。実施内容：光変動環境を屋外環境測定データに基づいて実験室内のフォトバイオリアクター上で再現し、緑藻クラミドモナスの野生株、STT7欠損株、LHCSR3欠損株をそれぞれ培養した。その結果、定常光環境では生育に大きな差が見られないいずれの欠損株も、明確に野生株よりも生育が阻害された。詳細な解析の結果、LHCSR3欠損株はNPQ（過剰な光エネルギーを熱として捨てるメカニズム）を欠損しているため、日中の強光により光合成装置が大きく損傷を受けることがわかった。一方でSTT7欠損株では、LHCSR3に依存したNPQの活性を適切に調節出来ず、光の弱い時間帯（日没前等）でも光エネルギーが捨てられ光合成効率が大幅に低下していることがわかった。以上により、ステート遷移とCCMをつなぐ因子の機能相関の一端が明らかになった。