RESEARCH

「光合成生物の分裂に新たな仕組みを発見－チラコイド膜を形づくるタンパク質が細胞・葉緑体分裂にも関与―」

Marcel Dann1,*, Eunchul Kim1,*(1,*共同筆頭・責任著者), Konomi Fujimura-Kamada, Vjosa Berisha, Mami Nomura, Anne-Christin Pohland, Mai Watanabe, Matthias Ostermeier, Frederik Sommer, Michael Schroda, Shin-ya Miyagishima,Jun Minagawa

“CurT/CURT1 proteins are involved in cell and chloroplast division coordination of cyanobacteria and green algae“

Nature Communications 16 8424 2025年9月25日

論文リンク： https://doi.org/10.1038/s41467-025-64163-x

光合成生物の細胞や葉緑体の分裂制御において、これまで未知であった多重膜の分裂を制御する仕組みが解明された。本研究は、日本大学の金恩哲助教（前・基礎生物学研究所）とドイツ・ダルムシュタット工科大学のMarcel Dann 助教授を中心に、基礎生物学研究所の鎌田このみ研究員、皆川純教授、山形大学の野村真未助教、ドイツ・ダルムシュタット工科大学の渡辺麻衣研究員（現・東京都立大学の特任助教）、国立遺伝学研究所の宮城島進也教授が参加した国際共同研究として実施され、2025年9月25日付で Nature Communications に掲載された。

■ 発表のポイント

• 光合成に必須の膜構造「チラコイド」の形成に関わるタンパク質が、細胞全体の分裂および細胞内の葉緑体の分裂を協調させるという未知の役割を持つことを発見した。

• この仕組みは、単純なシアノバクテリアから複雑な緑藻類まで共通して見られ、光合成生物における細胞増殖の普遍的なメカニズムの解明に大きく貢献する成果である。

詳細は下記のリンクよりご覧ください。
日本大学文理学部：　https://chs.nihon-u.ac.jp/research
デジタルPRとプレスリリース配信：　https://digitalpr.jp/r/119963
大学プレスセンター：　https://www.u-presscenter.jp/article/post-57597.html

「光合成を支える葉緑素aとbの共存理由を解明」

E Kim, D Lee, S Sakamoto, J-Y Jo, M Vargas, A Ishizaki, J Minagawa, H Kim

"Network analysis with quantum dynamics clarifies why photosystem II exploits both chlorophyll a and b"

Science Advances 11(19) 2025年5月9日
論文リンク：https://doi.org/10.1126/sciadv.ads0327

▸ 概要

植物が光合成を行うために必要な色素「葉緑素a」と「葉緑素b」がなぜ共存しているのか、長年の謎が解明されました。

本研究は、日本大学の金恩哲助教（元：自然科学研究機構・基礎生物学研究所）、自然科学研究機構・基礎生物学研究所の皆川純教授、同・分子科学研究所／東京大学の石崎章仁教授、韓国エネルギー工科大学のKim Heetae准教授らの国際共同研究チームによる成果です。光化学系II（Photosystem II）における葉緑素aとbの共存が、光エネルギーを効率的かつ安全に利用するためであることを発見しました。ネットワーク解析と量子力学計算を組み合わせ、光エネルギーの流れをシミュレーションすることで、自然な葉緑素比がエネルギーの過剰流入を防ぐ安全弁として働くことを明らかにしました。

▸ 研究の意義と展望

本研究は、植物が光環境に適応する進化の利点を示すとともに、光合成を効率化する技術開発にもつながる可能性があります。

図の説明： PSII-LHCII超複合体をネットワーク構造としてモデル化し、クロロフィル間のエネルギー伝達ダイナミックスを分析した研究模式図。

Environmental effect of Heat by NPQ

A Murakami, E Kim, J Minagawa, K Takizawa

"How much heat does non-photochemical quenching produce?"

Frontiers in Plant Science, 15, 1367795, 2024
https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1367795

Stable PSI-PSII megacomplex in Rice

E Kim, M Yokono, K Tsugane, A Ishii, C Noda, J Minagawa

"Formation of a stable PSI-PSII megacomplex in rice that conducts energy spillover. "
Plant and Cell Physiology, 64 (8), 858-865, 2023
https://doi.org/10.1093/pcp/pcad037

Commentary by Prof. K Ifuku
"Diversity of the PSI–PSII Megacomplexes That Conduct Energy Spillover in Green Plants"
https://doi.org/10.1093/pcp/pcad069

LHCII conformation

E Kim*, H Kubota-Kawai, F Kawai, M Yokono, J Minagawa* (*corresponding authors)

"Conformation of Light-Harvesting Complex II Trimer Depends upon Its Binding Site"
The Journal of Physical Chemistry B, 126 (31), 5855-5865, 2022
https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.2c04061

PSII array

E Kim, A Watanabe, CDP Duffy, AV Ruban, J Minagawa

"Multimeric and monomeric photosystem II supercomplexes represent structural adaptations to low-and high-light conditions"

Journal of Biological Chemistry, 295 (43), 14537-14545, 2020 (Selected as Editors' Picks)
https://doi.org/10.1074/jbc.RA120.014198

NPQ of CrLHCII

E Kim, K Kawakami, R Sato, A Ishii, J Minagawa

"Photoprotective Capabilities of Light-Harvesting Complex II Trimers in the Green Alga Chlamydomonas reinhardtii"

The Journal of Physical Chemistry Letters, 11 (18), 7755-7761, 2020
https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02098

LHCII interaction - pH

E Kim*, A Watanabe, R Sato, K Okajima, J Minagawa* (*corresponding authors)

"pH-responsive binding properties of light-harvesting complexes in a photosystem II supercomplex investigated by thermodynamic dissociation kinetics analysis"
The Journal of Physical Chemistry Letters, 10 (13), 3615–3620, 2019
https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b01208

TDiK assay

E Kim, R Tokutsu, J Minagawa

"Investigation on the Thermodynamic Dissociation Kinetics of Photosystem II Supercomplexes to Determine the Binding Strengths of Light-Harvesting Complexes"
The Journal of Physical Chemistry B, 122 (5), 1627–1630, 2018
https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.7b12417

NPQ of LHCSR3

E Kim, S Akimoto, R Tokutsu, M Yokono, J Minagawa

"Fluorescence lifetime analyses reveal how the high light-responsive protein LHCSR3 transforms PSII light-harvesting complexes into an energy-dissipative state"
Journal of Biological Chemistry, 292 (46), 18951–18960, 2017
https://doi.org/10.1074/jbc.M117.805192

State transition - imaging

E Kim, TK Ahn, S Kumazaki

"Changes in Antenna Sizes of Photosystems during State Transitions in Granal and Stroma-Exposed Thylakoid Membrane of Intact Chloroplasts in Arabidopsis Mesophyll Protoplasts"
Plant and Cell Physiology, 56 (4), 759–768, 2015 (Selected as Highlight)
https://doi.org/10.1093/pcp/pcv004

Page updated

Google Sites

Report abuse