岡山大学が解明した藻類から陸上植物への進化の鍵とは？

岡山大学の異分野基礎科学研究所は、ゼニゴケに由来する光化学系I（PSI）–クロロフィルa/b結合タンパク質（LHCI）超複合体の構造を解明しました。この研究は、藻類から高等植物への進化の鍵を握る重要な成果となり、植物の光合成機構の理解を深めるものとして注目されています。

研究の経緯と手法

ゼニゴケ（Marchantia polymorpha）は、原始的な陸上植物の一つであり、研究のモデル生物として利用されています。研究チームは、岡山大学国際構造生物学研究センターにある300 kVの高性能クライオ電子顕微鏡を使って、ゼニゴケ由来のPSI-LHCI複合体の単量体と二量体の構造をそれぞれ、1.94Åおよび2.52Åという高分解能で分析しました。これにより、複合体内部の水分子の配置やエネルギー移動の経路を詳しく明らかにすることができました。

この成果によって、初めて陸上植物由来のPSI-LHCI二量体の構造が決定されたことになります。また、この構造が緑藻由来のものとは異なり、PSIコア同士が直接結合する新しい様式で形成されていることが確認されました。

PSI-LHCI超複合体の重要性

光化学系Iは光エネルギーを利用してNADPHを生成する、光合成プロセスにおいて中心的な役割を果たす複合体です。これまで、陸上植物のPSIの構造は単量体でしか解明されておらず、未解明な部分が多く存在していました。今回の研究は、それらの未知の側面を明らかにすることで、植物の進化におけるPSIの変化を理解する一助となります。

高分解能による詳細な構造解析

特に、PSI-LHCI単量体は非常に高い分解能で解析され、水分子の配置やエネルギーの移動経路が詳細に明らかになりました。また、二量体の構造では、PsaB、PsaG、PsaH、PsaMといったサブユニットが二量体形成に重要な役割を果たすことが特定されました。興味深いのは、単量体と二量体の主要なエネルギー移動経路に大きな違いがなく、二量体が高密度化に寄与する可能性が示唆された点です。