藻類の光合成は一酸化窒素を亜酸化窒素に変換する

Algal photosynthesis converts nitric oxide into nitrous oxide.

• Adrien Burlacot
• Pierre Richaud
• Arthur Gosset
• Yonghua Li-Beisson
• Gilles Peltier

抄録

大気中の温室効果ガスである亜酸化窒素（NO）は、主に水生生態系から生産されており、藻類が大きく寄与している。しかし、光合成生物によるNO生成のメカニズムはあまり知られていません。本研究では、緑藻類が光合成の電子輸送を利用してNOをNOに還元していることを明らかにした。フラボジロン蛋白質（FLV）やシトクロムp450（CYP55）を欠損させた変異体の研究により、光合成電子輸送を利用してNOを還元するフラボジロン蛋白質（FLV）とシトクロムp450（CYP55）を欠損させた変異体の研究を行ったところ、光合成電子輸送を利用してNOを還元するフラボジロン蛋白質（FLV）とシトクロムp450（CYP55）が暗闇で機能するフラボジロン蛋白質（フラボジロン）が光合成電子輸送を利用してNOを還元することを明らかにした。両経路は、亜硝酸塩の還元中に生体内でNOが生成されると活性化し、NOの恒常性に関与する。さらに、両経路によるNOの還元は、特に海洋のNO産生ホットスポットに多く生息する葉緑藻に限定されていることが明らかになりました。これらの結果は、真核生物の光栄養生物におけるNO産生のメカニズムを解明するものであり、水生生態系による温室効果ガスの排出量を総合的に評価する上で重要な一歩となります。

Nitrous oxide (NO), a potent greenhouse gas in the atmosphere, is produced mostly from aquatic ecosystems, to which algae substantially contribute. However, mechanisms of NO production by photosynthetic organisms are poorly described. Here we show that the green microalga reduces NO into NO using the photosynthetic electron transport. Through the study of mutants deficient in flavodiiron proteins (FLVs) or in a cytochrome p450 (CYP55), we show that FLVs contribute to NO reduction in the light, while CYP55 operates in the dark. Both pathways are active when NO is produced in vivo during the reduction of nitrites and participate in NO homeostasis. Furthermore, NO reduction by both pathways is restricted to chlorophytes, organisms particularly abundant in ocean NO-producing hot spots. Our results provide a mechanistic understanding of NO production in eukaryotic phototrophs and represent an important step toward a comprehensive assessment of greenhouse gas emission by aquatic ecosystems.

Copyright © 2020 the Author(s). Published by PNAS.