光合成の損傷と修復の分子機構

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04273101
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 佐藤 公行 岡山大学, 理学部, 教授 (10032822)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 幹夫 岡山大学, 基礎生物学研究所, 教授 (80093061) ; 浅田 浩二 京都大学, 食糧科学研究所, 教授 (50027182) ; 田中 国介 京都府立大学, 農学部, 教授 (90027194) ; 高宮 建一郎 東京工業大学, 生命理工学部, 教授 (80037259) ; 渡辺 昭 東京大学, 理学部, 教授 (70023471)
• Keywords: 光合成 / 強光 / 高温 / 活性酸素 / 損傷 / 修復 / 環境応答 / 反応中心

Research Abstract

光合成の損傷と修復の分子機構を、「光」・「活性酸素」・「高温」の環境要因に重点をおいて解析し、以下の成果を得た。
(1)光化学系II反応中心のD1タンパク質をコードするpsbAについて、Synechocystis PCC 6803株を用いて、in vitro random mutagenesisを行った。その結果得られた変異株を強光照射下でスクリーニングすることにより、約20の光耐性株を入手し、その耐性機構を解析した。また、D1タンパク質を外部から導入するため、in vitroで合成したキメラタンパク質の単離葉緑体への輸送系を開発した。
(2)D1タンパク質の損傷・修復サイクルの1ステップとなる前駆体タンパク質のC-末プロセシングに関与する酵素の純化に成功し、その遺伝子の同定と塩基配列の決定を行った。また、単離したプロテアーゼとD1タンパク質のC-末に相当するオリゴペプチドを用いて、酵素の基質認識機構を解析した。
(3)光損傷の回避機構として有効に機能していると考えられる光呼吸について、そのkey enzymeの1つである葉緑体局在型グルタミン酸合成酵素(GS2)遺伝子に着目し、その形質転換を行ったタバコを作成し、GS2の増加と光耐性の発現を明らかにし、その機構について解析した。
(4)活性酵素消去に機能するSOD,APX,GR等の酵素の分子的性質を明らかにするとともに、それらの遺伝子の同定と構造解析を行い、更に、その発現制御機構を解析した。また、シグナル配列を付与した融合遺伝子を用いて、これらの酵素の葉緑体やミトコンドリアへの選択的な輸送系を開発した。次いで、これらの酵素を、単独あるいは組み合わせて増強した形質転換タバコを作出し、その協調的発現・複合効果の達成を目標にした際の問題点を明確にした。
(5)各種オルガネラに局在する分子シャペロン(Cpn 60とCpn 10)や熱ショックタンパク質(Hsp 70)の高温ストレス防御への関与を明らかにするための、これらのタンパク質および改変タンパク質遺伝子を導入した形質転換タバコおよびイロイヌナズナを作出し、ストレス時のその発現を解析する系を確立した。

Research Products

• [Publications] Tomo,T.and K,Satoh: "Nearest neighbor analysis of D1 and D2 subunits in the photosystem II reaction center using a bifunctional cross-linker,hexamethylene diisocyanate." FEBS Lett.351. 27-30 (1994)
• [Publications] Taguchi,F.,Y.Yamamoto and K.Satoh: "Recognition of the dtructure around cleavage site by the carboxyl-terminal processing protease for D1 precursor protein of photosystem II reaction center." J.Biol.Chem.(in press). (1995)
• [Publications] Watanabe,A.,K.Hamada,H.Yokoi and A.Watanabe: "Biphsic and differential expression of cytosolic glutamine synthetase genes of radish during germination and senescence of cotyledons." Plant Mol.Biol.(in press). (1995)
• [Publications] Sakamoto,A.,T.Okumura,H.Kaminaka and K.Tanaka: "Molecular cloning of the gene (SodCcl)that encodes a cytosolic copper/zinc-superoxide dismutase from rice (Oryza sativa L.)." Plant Physiol.(in press). (1995)
• [Publications] Sano,S.and K.Asada: "cDNA cloning of monodehydroascorbate radical reductase from cucumber:A high degree of homology in terms of amino acid sequence between this enzyme and bacterial flavoenzymes." Plant Cell Physiol.35. 425-437 (1994)
• [Publications] Yamaguchi,K.,Y.Takeuchi,H.Mori and M.Nishimura: "Development of microbody membrane proteins during the transformation of glyoxysomes to leaf peroxisomes in pumpkin cotyledons." Plant Cell Physiol.(in press). (1995)
• [Publications] Satoh,K.: "Oxygenic Photosynthesis;The Light Reactions" Kluwer Academic Publishers (in press(分担)), (1995)
• [Publications] Asada,K.: "Photoinhibition of Photosynthesis from Molecular Mechanisms to the Field" BIOS Sci.Publ.,Oxford (14(分担)), (1994)