植物の環境応答におけるcAMP信号伝達系分子機構の全解明

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15370019
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 大森 正之 埼玉大学, 理学部, 教授 (80013580)
• Keywords: らん藻 / cAMP受容タンパク質 / 信号伝達 / マイクロアレイ / ヘテロシスト / 乾燥耐性 / 窒素固定 / 遺伝子

Research Abstract

本年度は当初の研究計画に従い、ラン藻Anabaena sp.PCC7120を実験材料として、乾燥、栄養条件等の環境条件を変えたときの細胞情報伝達系の遺伝子発現制御系について実験した。
我々はこれまでにAnabaenaにおいて、トレハロースの代謝に関わる遺伝子の発現が細胞の乾燥耐性に重要であることが明らかにした。しかしながら、乾燥耐性の獲得には、乾燥ストレス時のダメージを再水和過程で修復する能力も極めて重要であると考えた。そこで再水和時の遺伝子発現について、DNAマイクロアレイ解析を行った。その結果、再水和により多数の遺伝子の発現量が増加すること、特にcAMPにより活性化される転写因子ancrpBの発現が増加することを見いだした。また、ancrpB破壊株は野性株に比べ再水和時の酸素発生活性の回復が弱いことが明らかとなり、AnCrpBが乾燥からの回復過程において重要な役割を果たしていることが示唆された。さらに、AnCrpAのDNA結合配列についても検討し、大腸菌のCRPの結合配列とは異なる配列を持つことを明らかにした。
ヘテロシストはラン藻における分化細胞であり、その機能は窒素固定に特化されている。そこでDNAマイクロアレイを用いて、Anabaenaにおけるヘテロシスト分化に関わる新規遺伝子の同定を試みた結果、窒素欠乏により転写産物量が増加する転写因子を7個同定した。その中で最も顕著に誘導されたnrrA遺伝子に関して機能解析を行い、nrrAはOmpR型のレスポンスレギュレーターをコードする遺伝子であることが明らかとなった。GFPを用いたnrrAの発現解析により、培地から窒素源を除いた後3時間以内にnrrAの発現量が増加し、その後ヘテロシストにおいてより強く発現することが明らかとなった。次に、nrrA遺伝子欠失変異株を作製し、ヘテロシスト分化への影響を調べたところ、変異株においてはヘテロシストの形成に遅延がみられた。変異株では、同時にhetR遺伝子の誘導が起こらなくなっており、nrrA遺伝子が分化の制御において重要な役割を果たすことが示された。

Research Products

• [Journal Article] NrrA, a nitrogen-responsive response regulator facilitates heterocyst development in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2006)
  • Author(s): Ehira, S., Ohmori, M.
  • Journal Title: Mol.Microbiol. 59 Pages: 1692-1703
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] Identification of Low-temperature-regulated ORFs in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 : distinguishing the effects of low temperature from the effects of photosystem II excitation pressure (2005)
  • Author(s): Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 46 Pages: 1237-1245
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] Anti-oxidative stress system in cyanobacteria. Significance of type II peroxiredoxin and the role of 1-Cys peroxiredoxin in Synechocystis sp.strain PCC 6803 (2005)
  • Author(s): Hosoya-Matsuda, N., Motohashi, K., Yoshimura, H., Nozaki, A., Inoue, K., Ohmori, M., Hisabori, T.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 280 Pages: 840-846
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] NaCl enhances cellular cAMP and upregulates genes related to heterocyst development in the cyanobacterium, Anabaena sp.strain PCC 7120 (2005)
  • Author(s): Imashimizu, M., Yoshimura, H., Katoh, H., Ehira, S., Ohmori, M.
  • Journal Title: FEMS Microbiol.Lett. 252 Pages: 97-103
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] Role of the 5'-UTR in accumulation of the rbpA1 transcript at low temperature in the cyanobacterium Anabaena variabilis M3 (2005)
  • Author(s): Ehira, S., Ohmori, M., Sato, N.
  • Journal Title: FEMS Microbiol.Lett. 251 Pages: 91-98
• [Journal Article] Biochemical properties of a cAMP phosphodiesterase in the cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2005)
  • Author(s): Fujisawa, T., Ohmori, M.
  • Journal Title: Microbes Environ. 20 Pages: 92-96