Цианобактерии, тип бактерий, осуществляющих фотосинтез, используют фотосенсор, который регулирует для фотосинтеза белки-антенны, собирающие зеленый и красный свет. Совместная исследовательская группа из Технологического университета Тойохаси, Токийского университета и Национального института физиологических наук обнаружила новый фотосенсор, который регулирует желто-зеленый светособирающий антенный белок у цианобактерий. Дальнейший анализ геномов цианобактерий показал, что этот фотосенсор появился около 2.1 миллиард лет назад или более и эволюционировали в результате генетического обмена (горизонтального переноса генов) между цианобактериями.
Фотосинтез - это реакция, которая преобразует энергию света в химическую энергию, и это важная реакция, которая поддерживает все организмы, живущие на земле. Цианобактерии - это прокариоты, которые осуществляют оксигенный фотосинтез и встречаются во всех видах окружающей среды по всему миру. Цианобактерии имеют три типа основных белков-антенн для сбора света: фикоцианин (PC) для поглощения красного света, фикоэритрин (PE) для поглощения зеленого света и фикоэритроцианин (PEC) для поглощения желто-зеленого света. На сегодняшний день известно, что количество ФХ и ФЭ регулируется фотосенсором класса фитохромов, однако исследований по регуляции ФЭ не проводилось.
Ассистент профессора Юу Хиросе на кафедре прикладной химии и наук о жизни Технологического университета Тойохаси в рамках совместного исследовательского проекта с Токийским университетом и Национальным институтом физиологических наук обнаружил новый фотодатчик, регулирующий количество УИК. Путем поиска в базе данных генома исследовательская группа идентифицировала несколько штаммов цианобактерий, которые содержат как гены PEC, так и гены фотосенсора. Кроме того, они культивировали один из штаммов цианобактерий и показали, что количество РЕС зависит от цвета света.
Дальнейший анализ около 450 геномов цианобактерий показал, что этот фотосенсор, регулирующий PEC, появился только один раз около 2,1 миллиарда лет назад или больше и развился в результате генетического обмена между штаммами цианобактерий, который представляет собой процесс, называемый горизонтальным переносом генов. Фотосенсор был преимущественно распространен среди нитчатых и многоклеточных штаммов, но не среди одноклеточных штаммов. Эти штаммы цианобактерий могут использовать разные цвета света для фотосинтеза между клетками и делиться ограниченной световой энергией.
ПК и ПЭ в настоящее время используются в качестве натуральных пищевых красителей в некоторых пищевых продуктах. Результат данного исследования может быть применен к массовому производству ПЭК и разработке новых пищевых продуктов. Это открытие также может быть применено для улучшения преобразования световой энергии фотосинтеза и в областях исследований для регуляции генетических функций с использованием светового освещения.