【岡山大学】藻類から高等植物への進化をつなぐ鍵を発見〜ゼニゴケ由来光化学系I-アンテナ超複合体の構造を解明〜

2026（令和8）年 2月 8日
国立大学法人岡山大学

＜発表のポイント＞

モデル生物であるゼニゴケから、光化学系I（PSI）–クロロフィルa/b結合タンパク質（LHCI）超複合体の単量体と二量体を単離しました。
岡山大学異分野基礎科学研究所国際構造生物学研究センターの高性能300 kVクライオ電子顕微鏡 Thermo Fisher Scientific Titan Krios G4（クライオ電子顕微鏡）を用い、PSI–LHCI単量体と二量体の構造を、それぞれ1.94Åと2.52Åという高分解能で解明しました。
PSI-LHCI単量体は非常に高い分解能で解析されたため、複合体内部の水分子の配置や励起エネルギーの移動系路を詳細に明らかにすることができました。
陸上植物由来のPSI-LHCI二量体構造を、世界で初めて決定しました。これは、これまでに報告されている緑藻由来の PSI-LHCI超複合体二量体とは異なり、アンテナではなく、PSIコア同士が直接結合する新しい様式で形成されていました。

◆概要

　光化学系Iは、光エネルギーを利用してNADPHを生成する光合成の重要な複合体です。ゼニゴケMarchantia polymorphaは原始的な陸上植物の一つであり、光合成のしくみや植物の進化を解明するうえで欠かせないモデル生物として知られています。これまで陸上植物の光化学系Iは単量体で存在する構造のみが解明され、それ以外の形態はよく分かっていませんでした。

　今回、岡山大学高等先鋭研究院を構成する異分野基礎科学研究所の蔡弼丞助教（特任）、Romain La Rocca助教（特任）（研究当時。現在は仏国のInstitute of Bioscience and Biotechnology of Aix-marseille（BIAM）所属）、沈建仁教授、秋田総理准教授、学術研究院環境生命自然科学学域の本瀬宏康准教授のグループは、岡山大学異分野基礎科学研究所国際構造生物学研究センターのクライオ電子顕微鏡を用いて、ゼニゴケ由来の光化学系I（PSI）–クロロフィル a/b 結合タンパク質（LHCI）超複合体の単量体と二量体の両方の構造を、それぞれ1.94Åと2.52Åの高分解能で解明しました。

　単量体については、分解能が非常に高いため、水分子の配置まで明らかにすることに成功しました。さらに二量体の構造から、PsaB/PsaG/PsaH/PsaMと呼ばれるサブユニットが、二量体形成に重要な役割を果たすことが分かりました。

　また、主要な励起エネルギー移動経路も同定され、単量体と二量体で大きな違いがないことから、二量体は高密度化に寄与している可能性が示唆されました。これらの成果は、ゼニゴケにおけるPSI–LHCI超複合体の構造解明にとどまらず、進化の過程でPSIがどのように変化してきたかを理解する手がかりにもなります。

　この成果は、2026年2月5日に英国学術雑誌「Communications Biology」のオンライン版に掲載されました。

◆蔡弼丞助教からのひとこと

　岡山大学に来る前は、ガンや微生物の研究に携わってきましたが、現在は光合成酵素の研究を行っています。今回は、陸上植物のモデル生物であるゼニゴケを用いて、光化学系I超複合体の構造解析を行いました。光化学系Iの進化について、微力ながら貢献できたことを嬉しく思います。

◆論文情報
　論文名：Structural study of monomeric and dimeric photosystem I-LHCI supercomplexes from a bryophyte
　掲載紙：Communications Biology
　著　者：Pi-Cheng Tsai, Romain La Rocca, Hiroyasu Motose, Jian-Ren Shen, Fusamichi Akita
　D O I：10.1038/s42003-026-09631-w
　U R L：https://www.nature.com/articles/s42003-026-09631-w

◆研究資金
　本研究は、日本学術振興会特別推進研究（JP22H04916）、基盤研究(B)（JP24K02025）、基盤研究(C)（JP25K08923）と地域中核・特色ある研究大学強化促進事業（J-PEAKS）（JPJS00420230010）の支援を受けて実施しました。データ収集には岡山大学コアファシリティー（CEPOU RIIS-n01）の支援を得て、国際構造生物学研究センターのクライオ電子顕微鏡で収集しました。また、本論文は「岡山大学インパクトの高い国際的な学術誌へのAPC支援」を受けています。

◆詳しい研究内容について
　藻類から高等植物への進化をつなぐ鍵を発見〜ゼニゴケ由来光化学系I-アンテナ超複合体の構造を解明〜

　https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r7/press20260205-1.pdf

◆参考

・岡山大学異分野基礎科学研究所（RIIS）
　http://www.riis.okayama-u.ac.jp/

・岡山大学異分野基礎科学研究所国際構造生物学研究センター

　https://www.okayama-u.ac.jp/user/icsb/index.html

・国立大学法人岡山大学研究大学宣言

　https://www.okayama-u.ac.jp/tp/news/news_id14879.html

・岡山大学地域中核・特色ある研究大学強化促進事業（J-PEAKS）

　https://j-peaks.orsd.okayama-u.ac.jp/

・コアファシリティポータル

　https://corefacility-potal.fsp.okayama-u.ac.jp/

・SXプラットフォーム～「所有」から「共有」へ。研究機器のお得なレンタル・リースプラットフォーム～

　https://sxplatform.jp/

◆参考情報1

・【岡山大学】光合成を担う“ゆがんだイス”型の触媒が、水分子を取り込む瞬間をナノ秒レベルで捉えることに成功！～人工光合成の実現へ大きな一歩～

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001990.000072793.html

・光合成で“ゆがんだイス”型の触媒が酸素分子を形成する仕組みを解明～人工光合成触媒の合理的設計の糸口に～

　https://www.okayama-u.ac.jp/tp/release/release_id671.html

◆参考情報2

・【岡山大学】「岡山大学最重点研究分野」を制定～地域と地球の未来を共創し、世界の革新に寄与する研究大学を実現するために～

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001601.000072793.html

・岡山大学高等先鋭研究院に先鋭研究群（研究特区）「植物・光エネルギー開発拠点」を認定～わが国屈指の国際競争力を有する研究拠点が研究の卓越性と地球と生態系の健康（Planetary Health）を実現へ

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000002489.000072793.html

・【岡山大学】岡山大学高等先鋭研究院「クライオ電子顕微鏡」を中国・四国地域に初導入！学外への機器共用も開始！

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000002007.000072793.html

・【岡山大学】クライオトモグラフィー用クライオプラズマFIB-SEM装置「Arctis」を西日本に初導入

　https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000003582.000072793.html

◆本件お問い合わせ先

　岡山大学異分野基礎科学研究所所長・教授　沈建仁　

　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中3丁目1番1号岡山大学津島キャンパス
　TEL：086-251-8502

　FAX：086-251-8502

　https://www.okayama-u.ac.jp/tp/release/release_id1496.html

＜岡山大学病院との連携等に関する件（製薬・医療機器企業関係者の方）＞
　岡山大学病院新医療研究開発センター
　〒700-8558 岡山県岡山市北区鹿田町2-5-1
　下記URLより該当する案件についてお問い合わせください
　http://shin-iryo.hospital.okayama-u.ac.jp/ph_company/

＜岡山大学病院との連携等に関する件（医療関係者・研究者の方）＞
　岡山大学病院研究推進課産学官連携推進担当
　〒700-8558 岡山県岡山市北区鹿田町2-5-1
　TEL：086-235-7983
　E-mail：ouh-csnw◎adm.okayama-u.ac.jp
　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい
　http://shin-iryo.hospital.okayama-u.ac.jp/medical/

＜岡山大学の産学官連携などに関するお問い合わせ先＞
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　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1　岡山大学津島キャンパス本部棟1階
　TEL：086-251-8463
　E-mail：sangaku◎okayama-u.ac.jp
　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい
　https://www.orsd.okayama-u.ac.jp/

＜岡山大学の研究機器共用（コアファシリティ）などに関するお問い合わせ先＞
　岡山大学研究機器の共用の体制・整備等の強化促進に関するタスクフォース（略称：チーム共用）
　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1 岡山大学津島キャンパス本部棟1階
　TEL：086-251-8705
　FAX：086-251-7114
　E-mail：cfp◎okayama-u.ac.jp
　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい
　https://corefacility-potal.fsp.okayama-u.ac.jp/

＜岡山大学のスタートアップ・ベンチャーなどに関するお問い合わせ先＞

　岡山大学研究・イノベーション共創機構スタートアップ・ベンチャー創出本部

　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1 岡山大学津島キャンパス本部棟1階
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　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい

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　岡山大学メディア「OTD」（アプリ）：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000011.000072793.html
　岡山大学メディア「OTD」（ウェブ）：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000215.000072793.html

　岡山大学オリジナルグッズ Online Shop：https://okadaigoods.official.ec/

　岡山大学統合報告書2025：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000003715.000072793.html
　岡山大学SDGsホームページ：https://sdgs.okayama-u.ac.jp/
　岡山大学SDGs～地域社会の持続可能性を考える（YouTube）：https://youtu.be/Qdqjy4mw4ik
　岡山大学Image Movie (YouTube)：https://youtu.be/pKMHm4XJLtw

　岡山大学地域中核・特色ある研究大学強化促進事業（J-PEAKS）：https://j-peaks.orsd.okayama-u.ac.jp/

　産学共創活動「岡山大学オープンイノベーションチャレンジ」2026年1月期共創活動パートナー募集中：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000003714.000072793.html

　設置費・保守費・修理費・撤去費が不要なお得な研究機器レンタル・リース『SXプラットフォーム』

　https://sxplatform.jp/

国立大学法人岡山大学は、国連の「持続可能な開発目標（SDGs）」を支援しています。また、政府の第1回「ジャパンSDGsアワード」特別賞を受賞しています。地域中核・特色ある研究大学として共育共創を進める岡山大学にご期待ください

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https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001935.000072793.html