コケ植物を用いた葉緑体の分裂および細胞内個数制御機構の分子細胞生物学的解析

• Project/Area Number: 15770041
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Morphology/Structure
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 高野 博嘉 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (70242104)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2003: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
• Keywords: 葉緑体 / 葉緑体分裂 / コケ植物 / 変異体ライブラリー / 光合成

Research Abstract

ヒメツリガネゴケを用いて葉緑体分裂に関与している細菌由来のペプチドグリカン合成系遺伝子(Mur genes)について解析を進めている。今年度cDNAを単離しなおした3つの遺伝子を含め現在機能的と予測される9種の遺伝子を見いだしてる。ヒメツリガネゴケ(Pp)MurE遺伝子の遺伝子破壊ラインでは葉緑体分裂が阻害され、巨大葉緑体が出現した。GFP融合タンパク質を用いた一過的発現解析により、PpMurEタンパク質が葉緑体に局在することを確認した。また、タイムラプス顕微鏡観察により、細胞分裂時に巨大葉緑体がくびり切られる場合があることが明らかとなった。また、シロイヌナズナに存在するMurE遺伝子中にT-DNAタグが挿入した植物体を用いた解析は、この遺伝子の機能が阻害されると葉緑体への分化が異常になり、葉が薄黄色になることを示した。この薄緑ラインの葉緑体では、通常ストロマ中に分散して存在する色素体DNAが大きな塊のまま存在し続けることを見いだした。ペニシリン結合タンパク質をコードしているPbp遺伝子はヒメツリガネゴケには存在するが、シロイヌナズナには存在しない。PpPbp遺伝子破壊ラインの取得を行ったところ葉緑体の巨大化が生じることが明らかとなった。
葉緑体の分裂に関与する新規の遺伝子を同定する為に、ヒメツリガネゴケのタグラインを用いた細胞内葉緑体数の変異ラインの取得を行い、原因遺伝子の単離を進めた。トータル8800タグラインの細胞の葉緑体を顕微鏡により観察し、細胞内の葉緑体数が増加しているラインを7ライン、減少しているラインを13ライン取得した。現在、これらの原因遺伝子の単離を進めているが、未だ同定には至っていない。

Research Products

• [Journal Article] Two minD genes in Physcomitrella patens are functionally redundant. (2005)
  • Author(s): Itoh, R.D., Takechi, K., Hayashida, A., Katsura, S., Takano, H.
  • Journal Title: Cytologia (in press)
  • NAID: 10014002365
• [Journal Article] Genome sequence of the ultrasmall unicellulat red alga Cyanidioschzon merolae 10D. (2004)
  • Author(s): Matsuzaki, M., Takano, H., Kuroiwa, T.他37名
  • Journal Title: Nature 428 Pages: 653-657
• [Journal Article] Organelle-Nuclei in Higher Plants, Structure, Composition, Function, and Evolution. (2004)
  • Author(s): Sakai, A., Takano, H., Kuroiwa, T.
  • Journal Title: Int.Rev.Cytol. 238 Pages: 59-118
• [Journal Article] Chalcone synthase-like gene in the liverwort Marchantia paleacea var. diptera. (2004)
  • Author(s): Harashima, S., Takano, H., Ono, K., Takio, S.
  • Journal Title: Plant Cell Rep. 23 Pages: 167-173
• [Publications] Izumi, Y., Ono, K., Takano, H.: "Inhibition of Plastid Division by Ampicillin in the Pteridophyte Selaginella nipponica Fr. et Sav."Plant Cell Physiol.. 44. 183-189 (2003)
• [Publications] Araki, Y., Takahara, M., Takio, S., Ono, K., Takano, H.: "Two types of plastid ftsZ genes in liverwort, Marchantia polymorpha."Protoplasma. 221. 163-173 (2003)
• [Publications] Katayama, N., Takano, H., Sugiyama, M., Takio, S., Tanaka, K., Ono, K.: "Effects of antibiotics that inhibit the bacterial peptidoglycan synthesis pathway on moss chloroplast division."Plant Cell Physiol.. 44. 776-781 (2003)
• [Publications] Sasaki, N., Kuroiwa, H., Nishitani, C., Takano, H., Higashiyama, T., Kobayashi T., Shirai, Y., Sakai, A., Kawano, S., Murakami-Murofushi, K., Kuroiwa, T.: "Glom is a novel mitochondrial DNA packaging protein in Physarum polycephalum and causes intense chromatin condensation without suppressing DNA functions."Mol.Biol.Cell. 14. 4758-4769 (2003)
• [Publications] Sakaguchi, S., Fukuda, T., Takano, H., Ono, K., Takio, S.: "Photosynthetic Electron Transport Differentially Regulates the Expression of Superoxide Dismutase Genes in Liverwort, Marchantia paleacea var. diptera."Plant Cell Physiol.. in press. (2004)
• [Publications] Murao, K., Takamiya, M., Kanji, O., Takano, H., Takio, S.: "Copper deficiency induced expression of Fe-superoxide dismutase gene in the fern, Matteuccia struthiopteris."Plant Physiol.Biochem.. in press. (2004)