葉緑体の新規環境適応機構と植物の生存戦略の研究

• 研究課題/領域番号: 17051032
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 鈴木 石根 筑波大学, 大学院生命環境科学研究科, 講師 (10290909)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 5,200千円); 2006年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円); 2005年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
• キーワード: シアノバクテリア / 植物 / 環境応答 / DNAマイクロアレイ / 機能未知遺伝子 / プルダウンアッセイ / 葉緑体 / 光合成

研究概要

様々な環境条件での遺伝子発現を、モデル生物のラン藻Synechocystis PCC6803のDNAマイクロアレイを用いて解析し、光合成生物にのみ広く保存され且つ植物では葉緑体に局在すると予想された、約100個の機能未同定遺伝子を抽出した。これらの機能未知遺伝子は、特定の環境ストレス条件下で葉緑体機能の分化・環境適応に、極めて重要な役割を果たしていると考えられる。本研究では、これらの未知遺伝子にコードされたタンパク質の機能を解析し、葉緑体の環境ストレス適応過程における役割を明らかにするとともに、植物個体レベルでの生存戦略における役割を明らかにすることを目的とする。
本年度までに、Synechocystisで作製したストレス応答性機能未知遺伝子の変異株約90種について、通常の培養条件と環境ストレス条件で光合成活性を測定した。その結果、slr1674遺伝子の変異株で、酸化ストレスなどの環境条件下で、顕著な光合成活性の低下が観察された。Synechocystisにはslr1674のパラログ遺伝子slr1638も存在する。slr1674はストレス誘導性で、slr1638は構成的に発現する遺伝子であった。しかしながら、どちらの変異株もストレス条件下で野生株に比べ生育速度が低下する表現型を示した。いくつかのラン藻ではこのホモログ遺伝子がリーダーペプチダーゼ遺伝子lepBと共転写されること、Synechocystisの発現プロファイリング解析の結果slr1638の発現がlepBと類似していることが分かり、膜移行・膜局在タンパク質の成熟化に関わる可能性が示唆された。そこで、チラコイド膜ルーメンに移行するPsbUタンパク質の蓄積量を比較したところ、両変異株では野生株に比べてPsbUの蓄積量が少ないことがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Histidine kinases play important roles in the perception and signal transduction of hydrogen peroxide in the cyanobacterium, Synechocystis sp. PCC 6803. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kanesaki, Y., Yamamoto, H., Paithoonrangsarid, K., Shoumskaya, M., Suzuki, I., Hayashi, H., Murata, N.
  • 雑誌名: Plant J. 49 ページ: 313-324
• [雑誌論文] The heat shock response of Synechocystis sp. PCC 6803 analysed by transcriptomics and proteomics (2006)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, I., Simon, W.J., Slabas, A.R.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 57 ページ: 1573-1578
• [雑誌論文] Metal dependence and intracellular regulation of the bidirectional NiFe-hydrogenase in Synechocystis sp. PCC 6803. (2006)
  • 著者名/発表者名: Gutekunst, K., Hoffmann, D., Lommer, M., Egert, M, Suzuki, I., Schulz-Friedrich, R., Appel, J.
  • 雑誌名: Int.J.Hydrogen Energy. 31 ページ: 1452-1459
• [雑誌論文] A novel Δ9 acyl-lipid desaturase, DesC2, from cyanobacteria acts on fatty acids esterified to the sn-2 position of glycerolipids. (2006)
  • 著者名/発表者名: hintalapati, S., Prakash J.S., Gupta, P., Ohtani, S., Suzki, I., Sakamoto T., Murata, N., Shivaji, S.
  • 雑誌名: Biochem.J. 398 ページ: 207-214
• [雑誌論文] Serine/threonine protein kinase SpkA in Synechocystis sp. strain PCC 6803 is a regulator of expression of three putative pilA operons, formation of thick pili, and cell motility. (2006)
  • 著者名/発表者名: Panichkin, V.B, Arakawa-Kobayashi, S., Kanaseki, Y., Suzuki.I., Los, D.A., Shestakov, S.V., Murata, N.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 188 ページ: 7696-7699
• [雑誌論文] Nitrogen induction of sugar catabolic gene expression in Synechocystis sp. PCC 6803. (2006)
  • 著者名/発表者名: Osanai, T., Imamura S., Asayama, M., Shirai, M., Suzuki, I, Murata, N., Tanaka, K.
  • 雑誌名: DNA Res. 13 ページ: 185-195
• [雑誌論文] Proteomic analysis of the heat shock response in Synechocystis PCC6803 and a thermally tolerant knockout mutant in the histidine kinase 34 gene. Proteomics. (2006)
  • 著者名/発表者名: Slabas, A.R., Suzuki, I., Murata, N., Simon, W.J., Hall, J.J.
  • 雑誌名: Proteomics 6(3) ページ: 845-864
• [雑誌論文] A putative sensor kinase, Hik31, is involved in the response of Synechocystis sp.PCC 6803 to the presence of glucose. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kahlon, S., Beeri, K., Ohkawa, H., Hihara, Y., Murik, O., Suzuki, I., Ogawa, T., Kaplan, A.
  • 雑誌名: Microbiol. 152(3) ページ: 647-655
• [雑誌論文] The histidine kinase Hik34 is involved in thermotolerance by regulating the expression of heat shock genes in Synechocystis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, I., Kanesaki, Y., Hayashi, H., Hall, J.J., Simon, W.J., Slabas, A.R., Murata, N.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 138(3) ページ: 1409-1421
• [雑誌論文] Positive regulation of sugar catabolic pathways in the cyanobacterium Synechocystis sp.PCC6803 by the group 2 sigma factor sigE. (2005)
  • 著者名/発表者名: Osanai T, Kanesaki Y, Nakano T, Takahashi H, Asayama M, Shirai M, Kanehisa M, Suzuki I, Murata N, Tanaka K
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(35) ページ: 30653-30659
• [雑誌論文] Identical Hik-Rre systems are involved in perception and transduction of salt signals and hyperosmotic signals but regulate the expression of individual genes to different extents in Synechocystis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Shoumskaya, M.A., Paithoonrangiarid, K., Kanesaki, Y., Los, D.A., Zinchenko, V.V., Tanticharoen, M., Suzuki, I., Murata, N.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(22) ページ: 21531-21538
• [雑誌論文] Cis-trans isomerase gene in psychrophilic Pseudomonas syringae is constitutively expressed during growth and under conditions of temperature and solvent stress. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kiran, M.D., Annapoorni, S., Suzuki.I., Murata.N., Shivaji, S.
  • 雑誌名: Extremophiles 9(2) ページ: 117-125
• [雑誌論文] Exploitation of genomic sequences in a systematic analysis to access how cyanobacteria sense environmental stress (2005)
  • 著者名/発表者名: Murata, N., Suzuki, I.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 57(2) ページ: 235-247