海産藻類のクロララクニオン藻において、二酸化炭素を有機炭素に固定する細胞内小器官「ピレノイド」で働くタンパク質を明らかにしました。ピレノイドは藻類に広く存在していますが、その中身（タンパク質）は藻類ごとに異なっており、異なる道筋で独立に進化してきたことが分かりました。
我々が作り出す二酸化炭素は、植物や藻類の葉緑体で有機炭素へと固定されており、ルビスコと呼ばれる酵素がこの反応を触媒しています。水中（特に海洋）に溶けた二酸化炭素の多くは重炭酸イオンの形で存在しています。水圏に生息する藻類は、ルビスコを葉緑体内の一か所に集めて「ピレノイド」と呼ばれる細胞内小器官を構築し、重炭酸イオンから変換した二酸化炭素をそこに送り込んで固定反応を促進すると考えられています。しかし、緑藻と珪藻の一部の種を除いて、ピレノイドで働くタンパク質（ピレノイドタンパク質）は明らかにされていませんでした。
本研究では、海産の単細胞性藻類であるクロララクニオン藻より単離したピレノイドを用いて、ピレノイドで機能するタンパク質を網羅的に同定しました。その結果、ルビスコの集合や二酸化炭素の変換に関与するタンパク質が含まれていました。興味深いことに、これらのタンパク質と他の藻類のピレノイドタンパク質では、種類が大きく異なっていました。つまり、二酸化炭素を集めて固定する器官は、おのおのの藻類で独立に進化してきたことを示唆しています。
本研究により、藻類が獲得した「水中で光合成を効率化するメカニズム」の一端が明らかになりました。現在、遺伝子操作により二酸化炭素の吸収効率を高める研究が盛んに行われており、本研究成果はこれらの応用研究に貢献すると期待されます。
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プレスリリース
研究代表者
筑波大学生命環境系
平川 泰久 助教
北海道大学北方生物圏フィールド科学センター水圏ステーション室蘭臨海実験所
長里 千香子 教授
掲載論文
【題名】 Pyrenoid proteomics reveals independent evolution of CO2-concentrating organelle in chlorarachniophytes.
（プロテオーム解析で紐解くクロララクニオン藻の二酸化炭素濃縮オルガネラの独自進化） 【掲載誌】 Proceedings of the National Academy of Sciences 【DOI】 10.1073/pnas.2318542121