日本海洋研究開發機構（JAMSTEC）超先銳研究開發部門的長谷川萬純博士後研究員、JAMSTEC生命理工學中心的西村陽介研究員、中島悠特任研究員的研究團隊與東京大學、理化學研究所、岡山大學共同宣佈，從已知最古老的光合生物「藍藻」（氰基細菌）中，發現了不同於以往光合作用的光利用系統——「微生物視紫紅質」的新類群，並將其命名為「氰基胰蛋白酶-II（CyR-II）」。該研究表明，藍藻可能通過獲取視紫紅質來適應多種多樣的照明環境並實現演化。相關研究成果已於11月1日發表在國際學術期刊《The ISME Journal》上。
圖1：本研究探索的來源於氰基細菌的視紫紅質和已報導功能的視紫紅質的分子系統樹。綠色線表示來自氰基細菌，黑色線表示來自其他微生物的視紫紅質序列。紅色突出顯示的小組是本研究中發現的「氰基胰蛋白酶-II」。（供圖：海洋研究開發機構（JAMSTEC））
在以海洋為代表的水環境中，攜帶葉綠素進行光合作用的藍藻和藻類將太陽發出的發光能量吸收到生態系統中，為生態系統帶來有機物質。另一方面，與光合作用截然不同的光利用系統「微生物視紫紅質」在21世紀初被發現。視紫紅質一直被認為是不進行光合作用的異營微生物所特有的發光能量利用機制，但在藍藻和藻類中也發現了視紫紅質基因，這表明微生物的光利用方式比既往認為的更加多樣。然而，藍藻的大規模視紫紅質基因多樣性調查此前尚未開展。
研究團隊此前報告稱，大多數具有視紫紅質基因的藍藻棲息於淡水環境中，並且存在僅藍藻才具有的CyR。CyR利用發光能量從細胞内向細胞外釋放氫離子從而產生化學能，並會利用光合作用中不被利用的綠色光，因此攜帶CyR的藍藻被認為會同時利用光合作用和視紫紅質。
此次，研究團隊利用從各種環境中獲得的宏基因體資訊，探索了藍藻攜帶的視紫紅質基因。
結果，研究發現了僅藍藻才具有的新型視紫紅質類群「CyR-Ⅱ」。對其功能進行調查後發現，「CyR-II」存在利用綠光和利用黃光的兩種類型。
此外，研究團隊還從蛋白質的結構入手，調查了導致光利用顏色差異的原因，結果發現，這種差異源於結合在視紫紅質内的視黃醛色料（維生素A的一種，吸收光後會異構化，並通過其變化傳遞信號）周圍的微小結構差異。
研究表明，所利用的光的顏色與具有「CyR-II」的藍藻的生存環境密切相關，利用綠色光的「CyR-II」分佈在紅樹林和沿岸的微生物墊及生物膜中，利用黃色光的「CyR-II」分佈在沉積物和土壤中。由此可以認為，藍藻已經適應了各自不同的照明環境。
此外，還發現，藍藻還通過基因水平轉移獲得了除「CyR-II」之外的多種視紫紅質並實現演化。
長谷川博士後研究員表示：「‘藍藻會進行光合作用’，這是生物教科書上也寫著的常識。此次，我們通過結合基因資訊分析、分子生物學、光譜學和結構生物學，揭示了‘藍藻不僅會進行光合作用，「還會」利用視紫紅質適應各種照明環境’。未來，我們希望通過生理學分析來揭示視紫紅質在藍藻細胞内發揮著怎樣的作用。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：The ISME Journal
論文：Cyanorhodopsin-II represents a Yellow-Absorbing Proton-Pumping Rhodopsin clade within Cyanobacteria
DOI：10.1093/ismejo/wrae175
