冈山大学学术研究院前沿研究领域的坂本亘教授等人，与大阪大学蛋白质研究所的栗栖源嗣教授、川本晃大副教授，国立研究开发法人理化学研究所环境资源科学研究中心的丰冈公德高级技师，以及京都产业大学生命科学部的寺地彻教授等人的研究团队合作，明确了维持产生光合作用的光能转换反应类囊体膜的“VIPP1”蛋白质的作用机制，并利用该蛋白质成功培育出了耐高温植物。相关研究成果已发表在《Plant Physiology》上。
（供图：牛津大学出版社（OUP），CC BY-NC-ND）
光合作用是生命能够利用光能的唯一反应，也是一种将水和二氧化碳转化为氧气与碳水化合物的化学反应。该反应只在光合反应生物所拥有的类囊体膜的囊状膜中进行。
25年前发现的蛋白质VIPP1以巨大聚合体的形态存在于叶绿体的类囊体膜中，人们猜测它对于维持光合作用能量转换反应和水分解的光合作用机体具有重要作用，但其具体机制此前并不清楚。2021年的研究发现，VIPP1具有由100个以上分子结合而成的结构。它是普遍存在于各种生物中的名为ESCRTⅢ蛋白质中的一种，通过膜的融合和变形（重塑）来维持各种膜功能。研究还揭示，植物通过产生专门用于光合作用的ESCRTⅢ即VIPP1，来响应强光和高温等环境变化，维持类囊体膜。
研究团队此次在0.1微米级的精度上解析了植物叶绿体中积蓄的VIPP1结构。首先，研究团队以烟草为材料，培育出了在叶绿体中VIPP1过量蓄积达15倍的植物。并在所表达的VIPP1上标记了绿色荧光蛋白（GFP）。
研究团队通过电子断层扫描技术对GFP可视化的蛋白质进行分析，结果表明VIPP1以直径20～30纳米的细长丝状结构聚集成束状存在。这种VIPP1丝状结构在暴露于高温胁迫下的叶绿体中会以动态变化的形式，释放出丝状结构，或者VIPP1之间反复进行融合分裂，表现出了膜重塑活性，这表明它在对膜所受的胁迫作出反应。对这种烟草在50℃下进行处理后发现，野生型个体出现了生长不良的情况，而高表达VIPP1的个体则表现出了耐受性。
坂本教授表示：“光合作用是一种利用光、以水和二氧化碳为原料制造有机物和能量的、对人类的生活不可或缺的极其精巧的反应。研究团队希望能解析植物所具有的未知的光合作用能力，并尝试设计人工光合作用。顺便提一句，叶片呈现绿色正是因为类囊体膜的存在，地球上的氧气就是从这里产生的。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Plant Physiology
论文：The thylakoid membrane remodeling protein VIPP1 forms bundled oligomers in tobacco chloroplsts
DOI：doi.org/10.1093/plphys/kiaf137
