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藻がCO2取り込む重要経路・機能解明

掲載日:2015年6月3日

藻類が水中で光合成をするために必要な二酸化炭素(CO2)を取り込む際、細胞と葉緑体を包むそれぞれの膜に含まれる二つのタンパクが重要な働きをしていることを、京都大学の研究者たちが突き止めた。

京都大学大学院生命科学研究科の山野隆志(やまの たかし)助教、福澤秀哉(ふくざわ ひでや)教授らが研究対象として選んだのは、ミドリムシの一種である単細胞緑藻クラミドモナス。淡水のほか土壌中にも生息する。陸上の植物は、光合成の原料であるCO2を大気中から直接、取り込む。水中ではCO2の拡散(移動)速度は大気中の1万分の1でしかない。にもかかわらず水中植物が効率的にCO2を取り込んで光合成を行っているCO2輸送機能の解明が、研究の目的だった。

水中でCO2は、水とCO2の反応によってできる重炭酸イオン(HCO3–)の形で存在することは知られている。電荷を帯びたHCO3–が、細胞や葉緑体を覆う生体膜をどのようにしてすり抜けるのかは、これまで分かっていなかった。  研究の結果、細胞膜中に含まれる HLA3 と、葉緑体を包む膜に含まれる LCIA と呼ばれるタンパクがそれぞれHCO3– を運び入れる輸送体の役割を果たしていることが突き止められた。

福澤教授によると、HLA3、LCIAとも多くの微細藻類には存在するが、陸上植物には見つかっていない。 HLA3は細胞の外から細胞質にHCO3–を能動的に輸送し、LCIAは光合成を担う細胞小器官である葉緑体内部へ細胞質に蓄積したHCO3–を輸送する役割を負っている。さらにこれら2つの膜タンパクが同時に働くことで、炭素固定酵素がうまく働くようになっている、という。

産業革命後、大量に消費されるようになった化石燃料は、もともとは大気中に存在するCO2が光合成によって固定・蓄積されたものだ。化石燃料の大量消費により、大気中のCO2は増加する一方で、地球温暖化の主たる原因とされている。

今回の研究成果は、藻類が持つ遺伝子を利用・改変し、光合成の能力を極限まで高めたスーパー植物を創出することで、地球温暖化問題の解決にも寄与することが期待される。「機能を解明した二つの輸送体をイネやダイズなどの植物に発現させて、光合成が強化できるかどうかを調べるほか、微細藻類自体のCO2 固定能力を強化することでバイオ燃料の原料となる油脂やデンプンの生産力向上が可能かどうかについても研究を進めたい」と福澤教授は言っている。

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