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グルタミン酸合成系酵素群の機能デザインと炭素・窒素同化系の制御因子の探索

研究課題

研究課題/領域番号 10640630
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 植物生理
研究機関大阪大学

研究代表者

長谷 俊治  大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (00127276)

研究分担者 有賀 洋子  大阪大学, たんぱく質研究所, 助手 (60255429)
藤田 祐一  大阪大学, たんぱく質研究所, 助手 (80222264)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2000年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1999年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1998年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
キーワード炭酸同化 / 窒素同化 / フェレドキシン / グルタミン酸合成酵素 / フェレドキシン-NADP^+還元酵素 / 電子伝達複合体 / フェレドキシンNADP^+還元酵素 / 炭酸固定 / シアノバクテリア / ラン藻 / 炭素同化
研究概要

光合成生物における炭素と窒素の同化反応は、共に還元力やATPを用いる代謝系であり、両者には統御のとれたクロストークがある。グルタミン酸合成系酵素とそれに還元力を供給する電子キャリアーを中心に以下の研究を行った。
1.ラン藻の一種P.boryanumのFd依存性とNADH依存性のグルタミン酸合成酵素(GOGAT)の遺伝子破壊株を作製した。いずれの破壊株も生育可能であったが、強光で炭酸ガス濃度の高い環境条件下では、炭酸同化と窒素同化の協調性がFd-GOGAT欠損株でのみで消失することが判明した。この株では炭酸同化が優先的に進行し、窒素欠乏に応答して、a)細胞内のアミノ酸プールの変動、b)光合成色素蛋白質の遺伝子の転写産物の減少、c)硝酵からアンモニアへの還元過程の活発化、を突き止めた。
2.C4植物であるトウモロコシでは葉肉細胞(MC)と維管束鞘細胞(BSC)では炭素と窒素の同化が分業している。これら細胞に特異的な電子キャリアーであるフェレドキシン(FdIとFdII)が、Fd:NADP^+還元酵素(FNR)との電子授受の特性が異なるり、MCのFdIは非循環型の電子伝達で効率よく機能してNADPHの生産や窒素同化系酵素群への還元力配分能力に優れること、一方、BSCのFdIIは循環型の電子伝達に寄与し、窒素同化の駆動には劣ることを明らかにした。Fdを介した電子配分が窒素同化の制御要因である可能性を指摘した。
3.これについての構造生物学的情報を得るため、FdとFNRの電子伝達複合体の結晶構造を決定し、蛋白質間の相互作用部位および電子授受を行う補欠分子族の立体的位置関係を明らかにした。今後、窒素や硫酸同化系酵素とはどのような相互作用形式をとっているのか解析を進め、代謝間のクロストークの構造基盤の詳細を明らかにする予定でいる。

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (23件)

  • [文献書誌] T.Matsumura: "cDNA cloning and characterization of ferredoxin localized in bundle-sheath cell of maize leaves"Plant Physiology. 199. 491-498 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Okuhara: "Cloning and inactivation of genes encoding ferredoxin- and NADH-dependent glutamate synthase in the cyanobacterium Plectonema boryanum : imbalances in nitrogen and carbon assimilations caused by the deficiency of the ferredoxin-dependent enzyme."Plant Physiology. 120. 33-41 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Akashi: "Comparison of the electrostatic binding sites on the surface of ferredoxin for two ferredoxin-dependent enzymes, ferredoxin-NADP^+oxidoreductase and sulfite reductase."Journal of Biological Chemistry. 274. 29399-29405 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Youekura-Sakahi: "Analysis of reductant supply systems for ferredoxin dependent sulfite reductase in photosynthetic and nonphotosynthetic organs of maize."Plant Physiology. 122. 887-894 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Onda: "Differential interaction of maize root ferredoxin-NADP^+oxidoreductase with photosynthetic and nonphotosynthetic ferredoxin isoproteins."Plant Physiology. 123. 1037-1045 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kimata-Ariga: "Differential electron flow around photosystem I by two C4-photosynthetic-cell-specific ferredoxins."EMBO Journal. 19. 5041-5050 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakayama: "Plant sulfite reductase : molecular structure, catalytic function and interaction with ferredoxin."Journal of Inorganic Biochemistry. 82. 27-32 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Kurisu: "Structure of the electron transfer complex between ferredoxin and ferredoxin-NADP^+ reductase."Nature Structural Biology. 8. 117-121 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsumura T., Kimata-Ariga Y., Sakakibara H., Sugiyama T., Murata H., Takao T., Shimonishi Y.and Hase T.: "cDNA cloning and characterization of ferredoxin localized in bundle-sheath cell of maize leaves."Plant Physiol. 199. 491-498 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Okuhara H., Matsumura T., Fujita Y.and Hase T.: "Cloning and inactivation of genes encoding ferredoxin- and NADH-dependent glutamate synthase in the cyanobacterium Plectonema boryanum : imbalances in nitrogen and carbon assimilations caused by the deficiency of the ferredoxin-dependent enzyme."Plant Physiol. 120. 33-41 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Akashi T., Matsumura T., Ideguchi T, Iwakiri K., Kawakatsu T., Taniguchi I.and Hase T.: "Comparison of the electrostatic binding sites on the surface of ferredoxin for two ferredoxin-dependent enzymes, ferredoxin-NADP^+ oxidoreductase and sulfite reductase."J.Biol.Chem.. 274. 29399-29405 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yonekura-Sakakibara K., Onda Y., Ashikari T., Tanaka Y., Kusumi T.and Hase T.: "Analysis of reductant supply systems for ferredoxin dependent sulfite reductase in photosynthetic and nonphotosynthetic organs of maize."Plant Physiol.. 122. 887-894 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Onda Y., Matsumura T., Kimata-Ariga Y., Sakakibara H., Sugiyama T.and Hase T.: "Differential interaction of maize root ferredoxin-NADP^+ oxidoreductase with photosynthetic and nonphotosynthetic ferredoxin isoproteins."Plant Physiol.. 123. 1037-1045 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kimata-Ariga Y., Matsumura T., Kada S., Fujimoto H., Fujita Y., Endo T., Mano J., Sato F.and Hase T.: "Differential electron flow around photosystem I by two C4-photosynthetic-cell-specific ferredoxins."EMBO J. 19. 5041-5050 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nakayama M., Akashi T.and Hase T.: "Plant sulfite reductase : molecular structure, catalytic function and interaction with ferredoxin."J.Inorg.Biochem.. 82. 27-32 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kurisu G., Kusunoki M., Katoh E., Yamazaki T., Teshima K., Onda Y., Kimata-Ariga Y.and Hase T.: "Structure of the electron transfer complex between ferredoxin and ferredoxin-NADP^+ reductase."Nature Struct.Biol.. 8. 117-121 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yayoi Onda: "Differential interaction of maige root ferredoxin-NADP^+ reductase with photasynthetic and nonphotosynthetic ferredoxin isoproteins"Plant Physiol.. 123. 1037-1045 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Yoko Kimata.Ariga: "Differential electron flow around photosystem I by two C_4-photosynthefic-cell-specific ferredoxins"EMBO J.. 19. 5041-5050 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Genji Kurisu: "Structure of the electron transfer complex between ferredoxin and ferredoxin-NADP^+ reductase"Nature Struct.Biol.. 8. 117-121 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Hiroaki Okuhara: "Cloning and inactivation of gens encoding ferredoxin-and NADPH-dependent glutamate synthase in the cyanobacterium Plectonema boryanum"Plant Physiology. Vol.120. 33-41 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Tetsuyuki Akashi: "Comparison of the electrostatic binding sites on the surface of ferredoxin for two ferredoxin-dependent enzyme, ferredoxin-NADP^+ reductase"The Journal of Biological Chemistry. Vol.274. 29399-29405 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Tomohiro Matsumura: "Complementary DNAcloning and characterigation of rerredoxin localiged in Bundle-sheath cells of maige leaves" Plant Physiology. 119. 481-488 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Hiroaki Okuhara: "cloning and inactivation of genes encoding ferredoxin-and NADH-dependent glutamate synthase in the cyanobocterium Plectonema boryanum" Plant Physiology. 120(in Press). (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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