ＦＮＲとフェレドキシンアイソフォームによる窒素代謝と炭酸固定への電子伝達分配機構

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24580098
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 樋口 美栄子 独立行政法人理化学研究所, 機能開発研究グループ, 研究員 (40443014)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 二酸化炭素固定 / 窒素代謝

Research Abstract

光合成産物に由来する炭素代謝と窒素代謝には、相互にバランスを保つような仕組みが存在することが知られている。しかし、どのようなメカニズムが働いているのかについてはほとんどわかっていない。これまでに、光合成電子伝達鎖の構成因子であるFNRの2つのアイソフォームの量比の変化に伴い、フェレドキシンのアイソフォーム量が変化し、窒素代謝と二酸化炭素固定への電子分配が変化することを明らかにしている。そこで今年度は、フェレドキシンと2つのFNRがどのような環境でまたどのような組織で発現するのかを明らかにした。イネのFNR1とFNR2は葉身・葉鞘で発現が高く、幼穂が発達する段階で発現が高くなっていき、開花後は徐々に発現が下がっていった。これらの組織でのFNR1とFNR2の差はみられなかった。また異なる窒素濃度でイネを生育させ、FNR1とFNR2の発現変化を観察した。その結果アイソフォームの発現は窒素濃度依存性はみられず、両者とも常に同じくらいの発現を示した。シロイヌナズナのFNR1とFNR2もロゼット葉での発現が最も高く、ほぼ同様な発現パターンを示していた。次にフェレドキシンのアイソフォームの発現パターンを解析した結果、アイソフォームごとに発現量は異なるが、発現パターンは似たような傾向であった。炭酸固定活性がより誘導される高い二酸化炭素濃度で生育させたシロイヌナズナでの発現も確認した。その結果、アイソフォーム間での大きな違いは見られなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

今年度の前半に出産育児休業のため5か月休みをとったため。

Strategy for Future Research Activity

FNRとフェレドキシンのアイソフォームがどのように発現制御されているのか、またどういうアイソフォームの組み合わせで機能しているのかを調べることにより、二酸化炭素固定と窒素代謝への電子分配のメカニズムを明らかにする。具体的には、窒素代謝に関与するアイソフォームを同定するために、FNRとフェレドキシンの各アイソフォームがどのような生育条件で発現誘導されるかを窒素源の種類と濃度を変えることにより調べていく。またNADP+の光還元活性と亜硝酸還元酵素への電子伝達活性を、過剰発現体・遺伝子破壊株から単離した葉緑体、組み換えタンパク質を用いて解析することにより、FNRとフェレドキシンアイソフォームのどの組み合わせでNADP+の光還元と窒素代謝への電子伝達を行うのかを決定する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成24年度に産前産後休業を取得し、5か月間休んでいたため若干研究に遅れが生じた。そのため25年度分とあわせて、イネに存在する5つのフェレドキシンアイソフォームが葉緑体に存在するかどうか確認するため、Fd1-Fd5を認識する抗体を作成する。また、遺伝子発現量の半定量や組み換えタンパク質の発現のコンストラクト作成などのため遺伝子増幅に用いる機会を購入する。

Research Products

• [Journal Article] Small open reading frames associated with morphogenesis are hidden in plant genomes (2013)
  • Author(s): Hanada K, Higuchi-Takeuchi M, Okamoto M, Yoshizumi T, Shimizu M, Nakaminami K, Nishi R, Ohashi C, Iida K, Tanaka M, Horii Y, Kawashima M, Matsui K, Toyoda T, Shinozaki K, Seki M, Matsui M.
  • Journal Title: PNAS Volume: 110 Pages: 2395-2400
  • DOI: 10.1073
  • Peer Reviewed