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プレスリリース概要

2023.02.16

南極の藻類が赤外線で光合成する仕組みを解明。地球外生命の新たな鍵？

自然科学研究機構アストロバイオロジーセンター
中央大学
東北大学
高エネルギー加速器研究機構
自然科学研究機構基礎生物学研究所
国立極地研究所
兵庫県立大学

発表のポイント：

植物や藻類は一般的に、太陽光にふくまれる光の中でも可視光しか光合成に利用することができない。南極に繁殖するある藻類は赤外線を光合成に利用することができるが、その仕組みはわかっていなかった。
その藻類が赤外線で光合成をするために使われるタンパク質の構造を、クライオ電子顕微鏡と呼ばれる装置で明らかにした。
太陽系外で見つかっている惑星の多くは、太陽より温度が低く主に赤外線を出す恒星の周りにあり、赤外線を光合成に利用する生命の可能性が示唆されている。今回の成果は、そうした生命の可能性を探る手掛かりかもしれない。

研究の概要：
アストロバイオロジーセンターの小杉真貴子特任研究員（現、基礎生物学研究所特任助教、および中央大学共同研究員）、高エネルギー加速器研究機構（KEK）物質構造科学研究所の川崎政人准教授、安達成彦特任准教授、守屋俊夫特任准教授、千田俊哉教授、東北大学の柴田穣准教授、秋田県立大学の原光二郎准教授、東京農業大学の高市真一元教授、基礎生物学研究所の亀井保博 RMC教授、兵庫県立大学の菓子野康浩准教授、国立極地研究所の工藤栄教授、中央大学の小池裕幸教授の研究チームは、赤外線の一部である遠赤色光（700~800 nm）で酸素発生型の光合成を行うことが知られている緑藻ナンキョクカワノリにおいて、遠赤色光を吸収するための光捕集アンテナタンパク質（Pc-frLHC）を同定し、KEKにあるクライオ電子顕微鏡による単粒子解析によりその分子の立体構造を明らかにしました。Pc-frLHCは11個の同じタンパク質がリング状に結合した大きな複合体を作っていました（図１）。１つのタンパク質にそれぞれ11個のクロロフィルが結合しており、このうちの５つのクロロフィルが遠赤色光の吸収に関わる特別なクロロフィルであると示唆されました。分光学的な解析から、この特別なクロロフィルに吸収された遠赤色光のエネルギーの一部がPc-frLHC内で可視光と同等のエネルギーに変換されて光合成利用されていることを示しました。この結果は、英国の科学誌『Nature Communications』に2023年2月15日付で掲載されました（Kosugi et al., 2023, “Uphill energy transfer mechanism for photosynthesis in an Antarctic alga”）。