【ニュースリリース】藍藻だって "心変わり" する
2022年05月09日
ポイント
- 光合成細菌である藍藻は「光」という刺激に対して、好きまたは嫌いという２つの真逆の応答を示します。この"好き嫌い"の切り替えがどのように起きるのかはこれまで不明でした。
- "光が好き"だという応答は緑色光によって誘起され、藍藻は光に向かって動きはじめました。一方、"光が嫌い"だという応答は、緑色光＋青色光で誘起され、光から離れるように動きました。この真逆の意思決定は１分程度の光刺激によって可逆的に操作可能でした。
- 一連の藍藻の意思決定には、c-di-GMPという低分子の細胞内濃度に依存することも見出しました。緑色光を検出するとc-di-GMPが分解されて細胞内濃度が低くなりましたが、青色光を検出するとc-di-GMPが合成されて濃度が高くなりました。この情報伝達物質の濃度変化によって、藍藻は心変わりを引き起こします。
- 藍藻の心変わりは環境応答という視点でも重要です。日々刻々と移り変わる自然環境にすぐさま応答することで、自身に最適な光環境へと移動できるのだと考えられます。
概要
中根大介助教（基盤理工学専攻）、榎本元博士（日本学術振興会海外特別研究員）、西坂崇之教授ら（学習院大学理学部）の研究グループは、藍藻の走光性がc-di-GMPによって制御されることを明らかにしました。この成果は総合生命科学誌eLifeに掲載されました。
今後の期待
真核生物ではcAMPやcGMPなどの環状ヌクレオチドが情報伝達物質（セカンドメッセンジャー）として機能しており、関連分野の最重要課題として研究が展開していました。一方、c-di-GMPは細菌に特徴的な情報伝達物質として、近年、多様な研究が報告されつつあります。c-di-GMPによって走光性の正負が切り替わっていたという事実は、藍藻が高い空間分解能を持った情報伝達を行っていることを示唆します。これまでは細胞長軸に沿った細胞極性が一般的でしたが、藍藻が短軸に沿った細胞極性も生み出すことが可能だということを私たちは実験的に証明しました。今回注目したIV型線毛装置のモーター部位にはc-di-GMPの結合配列が見つかっています。今後は、どのようにc-di-GMPが短軸に沿った細胞極性を生み出すのか、その制御機構の解明が期待されます。
この研究では、ごく短時間の光照射で藍藻の情報伝達の正負が制御可能であることを示しました。このような心変わりは一体何の役にたっているのでしょうか。「藍藻の心変わりは生態系においても重要だと考えられます。日々刻々と変化する光刺激を迅速かつ正確に認識できなければ、過酷な自然環境を生き抜くことはできないのでしょう。藍藻の"移り気な性格"は自然の過酷さに振り回された結果として形成されたのかもしれません。」と、筆頭著者である中根助教は話しています。湖沼のアオコや温泉のバイオマット、家の水槽の中であっても、藍藻は光情報の変化を絶えず受け取り、自身がより確実に生存できるように、まわりの様子を今も窺っているのかもしれません。
（論文情報）
著者名: Daisuke Nakane, Gen Enomoto, Heike Bähre, Yuu Hirose, Annegret Wilde & Takayuki Nishizaka
論文名: Thermosynechococcus switches the direction of phototaxis by a c-di-GMP dependent process with high spatial resolution
雑誌名: eLife
DOI: 10.7554/eLife.73405 2 of 30
（研究サポート）
本研究は、科研費 新学術領域研究 情報物理でひもとく生命の秩序と設計原理（20H05543）等の支援を受けて行われました。
藍藻の光に対する好き嫌い応答のイメージ図
詳細はPDFでご確認ください。