光合成をする藻類がもつ光スイッチの協調様式を解明 高感度な光スイッチ創出と光合成生産の効率化へ
好熱性シアノバクテリアの細胞凝集
A 青色光を照射することにより凝集した細胞塊、B セルラーゼによる処理で凝集を解消した細胞。
© 2015 Masahiko Ikeuchi.
東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻の榎本元大学院生と池内昌彦教授らの研究グループは、藻類において紫外線から遠赤色光までの様々な色の光を感知する複数の光スイッチの役割を明らかにし、それぞれが協調してはたらくことにより、効率よく光合成が行われていることを示しました。本成果に基づいた遺伝子工学により、光合成によるバイオマス生産の人為的な操作の実現が期待できます。
シアノバクテリアは陸上植物と同じような光合成を行う微細藻類であり、光合成に必須な光を感知するための高度な光スイッチの仕組みを備えています。シアノバクテリアがもつ光受容体群の中でも、「シアノバクテリオクロム」は可視光全域を含むさまざまな色の光を感知します。シアノバクテリオクロムはひとつのシアノバクテリアに存在する種類が他の光受容体に比べて顕著に多いという特徴をもちますが、その意義については全く不明でした。
今回、研究グループは、青色光に反応して細胞が凝集するシアノバクテリアを用いて、3つのシアノバクテリオクロムについてその候補遺伝子を解析しました。その結果、①この好熱性シアノバクテリアが示す細胞凝集が三つのシアノバクテリオクロムによって制御されていること、②それら三つはそれぞれに固有の性質をもち、異なる役割を果たすこと、③それらの協調によって、光の色に感度良く応答し、かつ厳密なシグナル伝達を可能にしていることを明らかにしました。 本成果で明らかなったシグナル伝達機構に基づいて光受容体を設計し、特定の色の光を照射することで自在に細胞の凝集を誘導できるようになれば、光合成を利用したバイオマス生産において、生産のON/OFFの人為的な操作と効率的な細胞回収法の提供につながることが期待されます。
論文情報
, "Three cyanobacteriochromes work together to form a light color-sensitive input system for c-di-GMP signaling of cell aggregation", Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Online Edition: 2015/06/16 (Japan time), doi: 10.1073/pnas.1504228112.
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