岡山大學學術研究院前緣研究領域的坂本亙教授等人，與大阪大學蛋白質研究所的栗棲源嗣教授、川本晃大副教授，國立研究開發法人理化學研究所環境資源科學研究中心的豐岡公德高級技師，以及京都產業大學生命科學部的寺地徹教授等人的研究團隊合作，明確了維持產生光合作用的發光能量轉換反應類囊體膜的「VIPP1」蛋白質的作用機制，並利用該蛋白質成功培育出了耐高溫植物。相關研究成果已發表在《Plant Physiology》上。
（供圖：牛津大學出版社（OUP），CC BY-NC-ND）
光合作用是生命能夠利用發光能量的唯一反應，也是一種將水和二氧化碳轉化為氧氣與碳水化合物的化學反應。該反應只在光合反應生物所擁有的類囊體膜的囊狀膜中進行。
25年前發現的蛋白質VIPP1以巨大聚合體的形態存在於葉綠體的類囊體膜中，人們猜測它對於維持光合作用能量轉換反應和水分解的光合作用機體具有重要作用，但其具體機制此前並不清楚。2021年的研究發現，VIPP1具有由100個以上分子結合而成的結構。它是普遍存在於各種生物中的名為ESCRTⅢ蛋白質中的一種，通過膜的融合和變形（重塑）來維持各種膜功能。研究還揭示，植物通過產生專門用於光合作用的ESCRTⅢ即VIPP1，來響應強光和高溫等環境變化，維持類囊體膜。
研究團隊此次在0.1微米級的精度上解析了植物葉綠體中積蓄的VIPP1結構。首先，研究團隊以菸草為材料，培育出了在葉綠體中VIPP1過量蓄積達15倍的植物。並在所表達的VIPP1上標記了綠色螢光蛋白（GFP）。
研究團隊通過電子斷層掃描技術對GFP視覺化的蛋白質進行分析，結果表明VIPP1以直徑20～30奈米的細長絲狀結構聚整合束狀存在。這種VIPP1絲狀結構在暴露於高溫脅迫下的葉綠體中會以動態變化的形式，釋放出絲狀結構，或者VIPP1之間反復進行融合分裂，表現出了膜重塑活性，這表明它在對膜所受的脅迫作出反應。對這種菸草在50℃下進行處理後發現，野生型個體出現了生長不良的情況，而高表達VIPP1的個體則表現出了耐性。
坂本教授表示：「光合作用是一種利用光、以水和二氧化碳為原料製造有機物質和能量的、對人類的生活不可或缺的極其精巧的反應。研究團隊希望能解析植物所具有的未知的光合作用能力，並嘗試設計人工光合作用。順便提一句，葉片呈現綠色正是因為類囊體膜的存在，地球上的氧氣就是從這裡產生的。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Plant Physiology
論文：The thylakoid membrane remodeling protein VIPP1 forms bundled oligomers in tobacco chloroplsts
DOI：doi.org/10.1093/plphys/kiaf137
