1992 Fiscal Year Annual Research Report

C-4植物における光合成・窒素同化系酵素遺伝子の窒素における発現制御

Research Project

Project/Area Number	04454072
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	杉山達夫名古屋大学, 農学部, 教授 (50023453)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	榊原均名古屋大学, 農学部, 助手 (20242852) 谷口光隆名古屋大学, 農学部, 助手 (40231419)
Keywords	窒素ストレス / C_4光合成 / ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ / カルボニックアンヒドラーゼ / トウモロコシ(Zea,mays) / サイトカイニン / グルタミン / グルタミン合成酵素
Research Abstract	(1)低硝酸塩濃度(0.8mM)で生育した窒素ストレスのトウモロコシの完全展開葉を切取り、その成熟中の光合成細胞を分析の対象としてC4光合成の炭酸固定経路酸素ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(PEPC)とカルボニックアンヒドラーゼ(CA)の窒素依存の遺伝子発現調節について以下の研究成果を得た。窒素源とサイトカイニンの共存下で窒素ストレスにある切取り葉においてPEPCとCAのmRNAは誘導される。この系にグルタミン合成酵素の特異的阻害剤であるメチオニンスルフォキシミン(MSX)を添加し、この酵素の触媒機能を停止させると窒素に依存するPEPCとCAのmRNA蓄積は阻害される。それに対し、MSXで処理した切取り葉にサイトカイニン存在下でグルタミン合成酵素の反応産物であるグルタミンを添加するとこれらのC4光合成酵素遺伝子のmRNA蓄積は誘導される。しかし、このグルタミンのはたらきは他のアミノ酸では代替できない。これらの事実からトウモロコシにおいて窒素に依存したPEPCとCAの発現を制御するエフェクターガグルタミンまたはその代謝産物であるとの結論を得た。また、この遺伝子発現におけるグルタミンとサイトカイニンの役割を検討すべく、上記の切取り葉から単離した葉肉細胞由来の核を用いてrun-on実験による転写活性を解析した。その結果、窒素ストレスの切取り葉にグルタミン単独添加してもPEPCとCA遺伝子の転写における伸長反応は進行しないが、サイトカイニンは単独で加えてもこの伸長反応を促進し得ることが明らかになった。 (2)トウモロコシの根ではこの組織に特異的に存在するサイトソル型グリタミン合成酵素(GSr)が硝酸塩ならびにアンモニウム塩によって選択的に制御されることをタンパク質レベルで明かにした。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] Dayyoung SON: "Nitrogen-dependent regulation of the gene for alanine aminotransferase which is involved in the C_4 pathway of Panicum miliaceum" Plant Cell Physiol.33. 507-509 (1992)
[Publications] Bambang SUGIHARTO: "Effects of nitrate and ammonium on gene expression of PEP carboxylase and nitrogen metabolism in maize leaf tissue during recovery from nitrogen stress" Plant Physiol.98. 1403-1408 (1992)
[Publications] Bambang SUGIHARTO: "Glutamine induces the N-dependent accumulation of mRNAs encoding PEP carboxylase and carbonic anhydrase in detached maize leaf tissue" Plant Physiol.100. 2066-2070 (1992)
[Publications] Bambang SUGIHARTO: "Cytokinin is required to induce the N-dependent accumulation of mRNAs for PEP carboxylase and carbonic anhydrase in detached maize leaves" Plant Physiol.100. 153-156 (1992)
[Publications] Hitoshi SAKAKIBARA: "Differential effects of nitrate and light on the expression of glutamine synthetase and ferredoxin-dependent glutamate synthase in maize" Plant Cell Physiol.33. 1193-1198 (1992)
[Publications] Daeyoung SON: "Molecular cloning of an alanine aminotransferase from NAD-malic enzyme type-C_4 plant,Panicum miliaceum" Plant Molec.Biol.20. 705-713 (1992)

1992 Fiscal Year Annual Research Report

C-4植物における光合成・窒素同化系酵素遺伝子の窒素における発現制御

Principal Investigator

杉山 達夫 名古屋大学, 農学部, 教授 (50023453)

Research Products

[Publications] Dayyoung SON: "Nitrogen-dependent regulation of the gene for alanine aminotransferase which is involved in the C_4 pathway of Panicum miliaceum" Plant Cell Physiol.33. 507-509 (1992)

[Publications] Bambang SUGIHARTO: "Effects of nitrate and ammonium on gene expression of PEP carboxylase and nitrogen metabolism in maize leaf tissue during recovery from nitrogen stress" Plant Physiol.98. 1403-1408 (1992)

[Publications] Bambang SUGIHARTO: "Glutamine induces the N-dependent accumulation of mRNAs encoding PEP carboxylase and carbonic anhydrase in detached maize leaf tissue" Plant Physiol.100. 2066-2070 (1992)

[Publications] Bambang SUGIHARTO: "Cytokinin is required to induce the N-dependent accumulation of mRNAs for PEP carboxylase and carbonic anhydrase in detached maize leaves" Plant Physiol.100. 153-156 (1992)

[Publications] Hitoshi SAKAKIBARA: "Differential effects of nitrate and light on the expression of glutamine synthetase and ferredoxin-dependent glutamate synthase in maize" Plant Cell Physiol.33. 1193-1198 (1992)

[Publications] Daeyoung SON: "Molecular cloning of an alanine aminotransferase from NAD-malic enzyme type-C_4 plant,Panicum miliaceum" Plant Molec.Biol.20. 705-713 (1992)

杉山達夫名古屋大学, 農学部, 教授 (50023453)