核コードシグマ因子群によるシロイヌナズナ色素体DNA転写制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340248
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 田中 寛 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教授 (60222113)
• Keywords: Arabidopsis thaliana / chloroplast / RNA polymerase / transcription / sigma factor / development / stress response / promoter

Research Abstract

植物色素体DNAの転写は、核コードのバクテリオファージ型RNAポリメラーゼ(NEP)と、色素体ゲノムにコードされ、特異性を核コードのシグマ因子に調節されるRNAポリメラーゼ(PEP)により行われる。本研究では核コードの6種のシグマ因子の機能を知るために以下の解析を行った。
1.核コードのシグマ因子の一つ、SIG2の変異株を用い、これまでにSIG2への依存性の知られているtrnEプロモーター、およびpsbDの複合プロモーター領域について、転写開始点の同定を行った。その結果、trnEプロモーターおよびpsbD上流の-256プロモーターがSIG2に依存して転写されることを確定した。さらにこれらのRNA末端が、RNAプロセシングでなく転写開始点であることを示した。これらはコンセンサス型の-10配列を持っプロモーターであった。
2.SIG2に依存して転写される色素体遺伝子を網羅的に解析するために、シロイヌナズナ色素体の全ての蛋白質遺伝子をカバーするDNAマイクロアレイを構築した。これを用いた解析の結果、野生株よりも転写産物の減少している遺伝子はpsaJのみであり、この減少はノザン解析やSlマッピングによっても確認された。NEPに依存して転写される遺伝子群が、sig2変異株で過剰発現していることも判明し、SIG2に依存したNEPの抑制機構が強く示唆された。
3.ストレスに依存した遺伝し発現制御を調べるため、ストレス条件下における6種のシグマ因子遺伝子の発現を解析した。その結果、SIG5の遺伝子発現のみが、強光、低温、高浸透圧、塩で強く誘導されることを見いだした。そして、SIG5の発現は、従来は青色光で誘導されるプロモーターとして知られてきたpsbD-BLRPプロモーターの発現と一致することが判明した。即ち、BLRPは青色光のみならず、様々なストレスでSIG5に依存して発現する。SIG5欠損株を用いた解析により、SIG5とBLRPの関係、そしてSIG5のストレス耐性への関与が示された。

Research Products

• [Publications] Mitsumasa Hanaoka: "Molecular genetic analysis of chloroplast gene promoters dependent on SIG2, a nucleus-encoded sigma factor for the plastid-encoded RNA polymerase, in Arabidopsis thaliana"Nucleic Acids Res.. 31. 7090-7098 (2003)
• [Publications] Akitomo Nagashima: "Microarray analysis of plastid gene expression in an Arabidopsis mutant deficient in a plastid transcription factor sigma, SIG2"Biosci.Biotechnol.Biochem.. 68. 694-704 (2004)
• [Publications] Akitomo Nagashima: "The Multiple-Stress Responsive Plastid Sigma Factor, SIG5, Directs Activation of the psbD Blue Light-Responsive Promoter (BLRP) in Arabidopsis thaliana"Plant Cell Physiol.. (印刷中). (2004)
• [Publications] 田中 寛: "葉緑体の転写調節系、葉緑体分化を支える転写カスケード"蛋白質核酸酵素. 48. 2161-2167 (2003)