ゲノム比較に基づくシアノバクテリアとプラスチドの進化に関する研究

• 研究課題/領域番号: 15370017
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 東京大学 (2004); 埼玉大学 (2003)
• 研究代表者: 佐藤 直樹 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (40154075)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 15,400千円 (直接経費: 15,400千円); 2004年度: 5,600千円 (直接経費: 5,600千円); 2003年度: 9,800千円 (直接経費: 9,800千円)
• キーワード: 光合成 / 比較ゲノム / ゲノム進化 / DNAポリメラーゼ / 核様体可視化 / プラスチド / シアノバクテリア / 光合成関連遺伝子 / DNA結合タンパク質 / 核様体

研究概要

原核生物と真核生物のゲノム情報を利用した比較ゲノム解析に基づいて,シアノバクテリアから色素体への進化を解明することを目標として,ゲノム装置成分の同定と機能解析を行い,以下の成果を得た。
1.真核・原核生物のゲノムにコードされる推定タンパク質配列をクラスター化するゲノム比較ソフトgclustのアルゴリズムを大幅に改良したバージョン3.5を作製し,大量データの高速処理が可能になった。
2.共生起源の機能未知植物遺伝子37群に含まれるシアノバクテリアの40個の遺伝子の破壊株の蛍光誘導測定を行い,大部分において,光化学系周辺に異常があることを確かめた。また,シロイヌナズナの対応する遺伝子について,GFP融合タンパク質の局在を調べた結果基本的に37群すべてが色素体局在であることがわかった。また,大多数が光誘導性であることも確認された。20群のT-DNAタグラインを解析し,少なくとも3群について,可視的な表現型を確認した。これらの結果は,計算によって抽出された37群のタンパク質が,確かに共生起源の葉緑体タンパク質であり,光合成に密接にかかわる新規の因子であることを示している。
3.原始紅藻のオルガネラ局在型DNAポリメラーゼとして2種類を同定した。
4.シアノバクテリア・紅藻・緑色植物の亜硫酸還元酵素について,DNA結合性と細胞内局在を調べた。どの酵素もDNAとの結合が見られたが,エンドウの酵素だけが特に長いC末端領域を持ち,これが核様体への強い結合に関与する可能性が示唆された。
5.色素体核様体を生きた植物体で特異的に可視化する手法を開発し,特に非光合成細胞における核様体の動態を明らかにした。また,色素体分裂の際に,核様体がネットワーク状になって分配されることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of RNA-binding properties of three types of RNA-binding proteins in Anabaena sp. PCC 7120 (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Hamano他8名
  • 雑誌名: Cell.Mol.Biol. 50 ページ: 613-624
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Visualization of plastid nucleoids in situ using the PEND-GFP fusion protein (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Terasawa, N.Sato
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 640-660
  • NAID: 10015464403
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Occurrence and characterization of PEND proteins in angiosperms (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Terasawa, N.Sato
  • 雑誌名: J.Plant Res. (印刷中)
  • NAID: 10015714818
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Unique translation initiation at the second AUG codon determines mitochondrial localization of the phage-type RNA polymerases in the moss Physcomitrella patens (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kabeya, N.Sato
  • 雑誌名: Plant Physiol. 138 ページ: 369-382
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Visualization of plastid nucleoids in situ using the PEND-GFP fusion protein (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Terasawa, N.Sato
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 649-660
  • NAID: 10015464403
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Occurrence and characterization of PEND proteins in angiosperms (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Terasawa, N.Sato
  • 雑誌名: J.Plant Res. (in press)
  • NAID: 10015714818
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of RNA-binding properties of three types of RNA-binding proteins in Anabaena sp.PCC 7120 (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Hamano他8名
  • 雑誌名: Cell.Mol.Biol. 50 ページ: 613-624
• [雑誌論文] Visualization of plastid nucleoids in situ using the PEND-GFP fusion protein (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Terasawa, N.Sato
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45(印刷中)
  • NAID: 10015464403
• [雑誌論文] ゲノム情報と光合成生物の初期進化 (2004)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直樹
  • 雑誌名: 学術月報 57 ページ: 1039-1043
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Plastid replication in Arabidopsis : Complexity of the molecular components for the control of division (2004)
  • 著者名/発表者名: M.T.Fujiwara, N.Sato
  • 雑誌名: Recent Res.Devel.Plant Sci. 2 ページ: 219-248
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cloning and characterization of glycine-rich RNA-binding protein cDNAs in the moss Physcomitrella patens. (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Nomata, Y.Kabeya, N.Sato
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 44 ページ: 48-56
  • NAID: 10012004502
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genome sequence of the ultrasmall unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae 10D. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, M.他41名
  • 雑誌名: Nature 428 ページ: 653-657
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Use of segment-based microarray in the analysis of global gene expression in response to various environmental stresses in the cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, N.他18名
  • 雑誌名: J.Gen.Appl.Microbiol. 50 ページ: 1-8
  • NAID: 130004449126
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Discontinuous evolution of plastid genomic machinery : Radical replacement of major DNA-binding proteins. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, N.他5名
  • 雑誌名: Endocytobiosis Cell Res. 15 ページ: 286-293
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Early evolution of photosynthetic organisms in the light of genome informatics. (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Sato
  • 雑誌名: Japanese Scientific Monthly (in Japanese) 57 ページ: 1039-1043
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Plastid replication in Arabidopsis : Complexity of the molecular components for the control of division. (2004)
  • 著者名/発表者名: M.T.Fujiwara, N.Sato
  • 雑誌名: Recent Res.Devel.Plant Sci. (ISBN : 81-7736-239-9) 2 ページ: 219-248
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Genome sequence of the ultrasmall unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae 10D. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, M., Misumi, O., Shin-i, T., Maruyama, S., Takahara, M., Miyagishima, S., Mori, T., Nishida, K., Yagisawa, F., Nishida, K., Yoshida, Y., Nishimura, Y., Nakao, S., Kobayashi, T., Momoyama, Y., Higashiyama, T., Minoda, A., Sano, M., Nomoto, H., Oishi, K., Hayashi, H., Ohta, F., Nishizaka, S., Haga, S., Miura, S., Morishita, T., Kabeya, Y., Terasawa, K., Suzuki, Y., Ishii, Y., Asakawa, S., Takano, H., Ohta, N., Kuroiwa, H., Tanaka, K., Shimizu, N., Sugano, S., Sato, N., Nozaki, H., Ogasawara, N., Kohara, Y., Kuroiwa, T.
  • 雑誌名: Nature 428 ページ: 653-657
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Use of segment-based microarray in the analysis of global gene expression in response to various environmental stresses in the cyanobacterium Anabaena sp.PCC 7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, N., Ohmori, M., Ikeuchi, M., Tashiro, K., walk, C.P., Kaneko, T., Okada, K., Tsuzuki, M., Ehira, S., Katoh, H., Okamoto, S., Yoshimura, H., Fujisawa, T., Kamei, A., Yoshihara, S., Narikawa, R., Hamano, T., Tabata, S., Kuhara, S.
  • 雑誌名: J.Gen.Appl.Microbiol. 50 ページ: 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Discontinuous evolution of plastid genomic machinery : Radical replacement of major DNA-binding proteins. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, N., Sekine, K., Kabeya, Y., Ehira, S., Onuma, M., Ohta, N.
  • 雑誌名: Endocytobiosis Cell Res. 15 ページ: 286-293
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Evolution of organellar transcription machinery in bryophytes and vascular plants. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kabeya, Y., Sato, N.
  • 雑誌名: Plant Genome.Biodiversity and Evolution Enfield (NH) USA (Sharma, A.K., Sharma, A., Eds.) (Science Publishers, Inc.) Volume 2, Part A Lower Groups ページ: 263-283
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of RNA-binding properties of three types of RNA-binding proteins in Anabaena sp.PCC 7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Hamano, S.Murakami, K.Takayama, S.Ehira, K.Maruyama, H.Kawakami, E.H.Marita, H.Hayashi, N.Sato
  • 雑誌名: Cell.Mol.Biol. 50 ページ: 613-624
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Use of segment-based microarray in the analysis of global gene expression in response to various environmental stresses in the cyanobacterium Anabaena sp.PCC 7120 (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, N.他18名
  • 雑誌名: J.Gen.Appl.Microbiol. 50 ページ: 1-8
• [雑誌論文] Gclust : genome-wide clustering of protein sequences for identification of photosynthesis-related genes resulting from massive horizontal gene transfer. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Sato
  • 雑誌名: Genome Inform. 14 ページ: 585-586
  • NAID: 130003812003
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] GenoMap, a circular genome data viewer. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Sato, S.Ehira
  • 雑誌名: Bioinformatics 19 ページ: 1583-1584
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genome-wide expression analysis of the responses to nitrogen deprivation in the heterocyst-forming cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ehira, M.Ohmori, N.Sato
  • 雑誌名: DNA Research 10 ページ: 97-113
  • NAID: 130006989913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Conserved temperature-dependent expression of RNA-binding proteins in cyanobacteria with different temperature optima (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ehira他8名
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett 225 ページ: 137-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Organization, developmental dynamics and evolution of the plastid nucleoid. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Sato, K.Terasawa, K.Miyajima, Y.Kabeya
  • 雑誌名: Int.Rev.Cytol. 232 ページ: 217-262
  • NAID: 120006385437
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] GenoMap, a circular genome data viewer. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Sato, S.Ehira
  • 雑誌名: Blainformatics 19 ページ: 1583-1584
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Genome-wide expression analysis of the responses to nitrogen deprivation in the heterocyst-forming cyanobacterium Anabaena sp.strain PCC 7120 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ehira, M.Ohmori, N.Sato
  • 雑誌名: DNA Research 10 ページ: 97-113
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Conserved temperature-dependent expression of RNA-binding proteins in cyanobacteria with different temperature optima (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ehira, T.Hamano, T.Hayashida, K.Kojima, H.Nakamoto, T.Hiyama, M.Ohmori, S.Shivaji, N.Sato
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett. 225 ページ: 137-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Plant Genome. Biodiversity and Evolution" Volume 2, Part A Lower Groups (Sharma, A.K. and Sharma, A., Eds.) pp. 263-283 (2004)
  • 著者名/発表者名: Kabeya, Y., Sato, N.
  • 総ページ数: 317
  • 出版者: Science Publishers, Inc., Enfield (NH) USA.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Plant Genome. Biodiversity and Evolution" Volume 2, Part A Lower Groups (Sharma, A.K.and Sharma, A., Eds.) (2004)
  • 著者名/発表者名: Kabeya, Y., Sato, N.
  • 出版者: Science Publishers, Inc., Enfield (NH) USA.
• [文献書誌] S.Ehira, M.Ohmori, N.Sato: "Genome-wide expression analysis of the responses to nitrogen deprivation in the heterocyst-forming cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120"DNA Research. 10. 97-113 (2003)
• [文献書誌] S.Ehira, N.Sato (他7名): "Conserved temperature-dependent expression of RNA-binding proteins in cyanobacteria with different temperature optima"FEMS Microbiol.Lett.. 225. 137-142 (2003)
• [文献書誌] N.Sato: "Gclust : genome-wide clustering of protein sequences for identification of photosynthesis-related genes resulting from massive horizontal gene transfer."Genome Informatics. 14. 585-586 (2003)
• [文献書誌] T.Nomata, Y.Kabeya, N.Sato: "Cloning and characterization of glycine-rich RNA-binding protein cDNAs in the moss Physcomitrella patens."Plant Cell Physiol.. 44. 48-56 (2004)
• [文献書誌] 関根康介, 佐藤直樹: "プラスチド核様体の構造とグローバルな機能調節"生物科学. 54. 238-245 (2003)
• [文献書誌] N.Sato, K.Terasawa, K.Miyajima, Y.Kabeya: "Organization, developmental dynamics and evolution of the plastid nucleoid."Int.Rev.Cytol.. 232. 217-262 (2003)