葉緑体の転写後制御を司るRNA結合性PPRタンパク質の機能解明

• 研究課題/領域番号: 17K08195
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 杉田 護 名古屋大学, 情報学研究科, 招へい教員 (70154474)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 葉緑体 / 転写後制御 / PPRタンパク質 / RNAスプライシング / RNA安定性 / ヒメツリガネゴケ / シロイヌナズナ / RNA結合タンパク質 / 遺伝子発現制御 / RNA編集 / 葉緑体NDH複合体 / DYWドメイン / NDH活性 / ndhA pre-mRNA / 遺伝子 / 植物 / 発現制御 / バイオテクノロジー

研究成果の概要

葉緑体は光合成や様々な物質生産を行う植物に特有の細胞小器官である。葉緑体は独自のゲノムと遺伝子発現システムを持つが、葉緑体遺伝子の発現は転写後のRNAレベルで強く制御されている。この転写後制御に核ゲノムコードのタンパク質因子が働くがその分子機能については未解明である。本研究ではモデル植物として優れた特性を持つヒメツリガネゴケとシロイヌナズナを用いて、葉緑体遺伝子発現の転写後制御に働く新規のタンパク質因子の分子機能を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的意義：葉緑体の遺伝子発現の仕組みを解明するため、原始的な系統に属するコケ植物を主に用いて、葉緑体遺伝子の発現制御の要となるRNA結合タンパク質ファミリーの新しい役割を明らかにした点で学術的な意義が大きい。
社会的意義：本研究の成果は、光合成機能の強化や植物の生産性を増大する基盤となるもので、農業分野や持続可能な開発目標の分野における波及効果が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Western Australia(オーストラリア)
• [雑誌論文] Moss PPR-SMR protein PpPPR_64 influences the expression of a psaA-psaB-rps14 gene cluster and processing of the 23S-4.5S rRNA precursor in chloroplasts. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayumu Takahashi, Chieko Sugita, Mizuho Ichinose, Mamoru Sugita
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: in press 号: 4-5 ページ: 417-429
  • DOI: 10.1007/s11103-020-01090-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光合成研究におけるPPR研究の幕開けと今日の隆盛:日本からの発信 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉田 護
  • 雑誌名: 光合成研究 巻: 30 ページ: 166-175
  • NAID: 40022446613
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two novel PLS-class pentatricopeptide repeat proteins are involved in the group II intron splicing of mitochondrial transcripts in the moss Physcomitrella patens. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Ichinose, Airi Ishimaru, Chieko Sugita, Kensaku Nakajima, Yasuhiro Kawaguchi, Mamoru Sugita
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 巻: 61 号: 10 ページ: 1687-1698
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa070
  • 査読あり
• [雑誌論文] The L motifs of two moss pentatricopeptide repeat proteins are involved in RNA editing but predominantly not in RNA recognition (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Takuya、Sugita Mamoru、Ichinose Mizuho
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 4 ページ: e0232366-e0232366
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0232366
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The P-class pentatricopeptide repeat protein PpPPR_21 is needed for accumulation of the psbI-ycf12 dicistronic mRNA in Physcomitrella chloroplasts. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ebihara, T., Matsuda, T., Sugita, C., Ichinose, M., Yamamoto, H., Shikanai, T., Sugita, M.
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 97 号: 6 ページ: 1120-1131
  • DOI: 10.1111/tpj.14187
  • NAID: 120006650153
  • 査読あり
• [雑誌論文] The DYW domains of pentatricopeptide repeat protein RNA editing factors contribute to discrimination of target and non-target editing sites. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichinose, M. and Sugita, M.
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiol. 巻: 59 号: 8 ページ: 1652-1659
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy086
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-regulated PAS-containing histidine kinases delay gametophore formation in the moss Physcomitrella patens (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo, M., Yamashino, T., Nomoto, Y., Goto, Y., Ichinose, M., Sato, K., Sugita, M. and Aoki, S.
  • 雑誌名: J. Exp. Bot. 巻: 69 号: 20 ページ: 4839-4851
  • DOI: 10.1093/jxb/ery257
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An evolutionarily conserved P-subfamily pentatricopeptide repeat protein is required to splice the plastid ndhA transcript in the moss Physcomitrella patens and Arabidopsis thaliana. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Sugita, C., Ichinose, M., Kato, Y., Yamamoto, H., Shikanai, T. and Sugita, M.
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 94 号: 4 ページ: 638-648
  • DOI: 10.1111/tpj.13884
  • NAID: 120006650169
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chloroplast ribonucleoprotein-like proteins of the moss Physcomitrella patens are not involved in RNA stability and RNA editing. (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama, H., Ichinose, M. and Sugita, M.
  • 雑誌名: Photosynthetica 巻: 56 号: SPECIAL ISSUE ページ: 62-66
  • DOI: 10.1007/s11099-017-0755-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] 葉緑体のndhA pre-mRNAのスプライシングに関与するペンタトリコペプチドリピート（PPR）タンパク質 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤綾花、杉田 護
  • 雑誌名: 光合成研究 巻: 28 ページ: 19-24
  • NAID: 40021619426
  • 査読あり
• [学会発表] ヒメツリガネゴケのPAS-Histidine Kinasesの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木遼、山篠貴史、阿南秀、龍昌志、中井皐太、呉博文、菊地陽貴、杉田護、青木摂之
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] ヒメツリガネゴケのPpPPR_32は光化学系I複合体の形成に関与する (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木遼、杉田千恵子、一瀬瑞穂、青木摂之、 杉田護
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会（オンライン開催）
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの葉緑体局在型PPR遺伝子破壊株のクロロフィル蛍光測定（P77） (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉田千恵子、一瀬瑞穂、杉田 護
  • 学会等名: 第１０回日本光合成学会年会およびシンポジウム
• [学会発表] ヒメツリガネゴケのミトコンドリアP-class PPRタンパク質の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 一瀬瑞穂，杉田 護
  • 学会等名: 第６０回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 葉緑体ndh遺伝子の転写後制御に関わるPPRタンパク質 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤綾花，杉田千恵子，一瀬瑞穂，加藤義宣，山本宏，鹿内利治，杉田 護
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Pクラス・ぺンタトリコぺプチドタンパク質は葉緑体psbI-ycf12 mRNAの蓄積に必要である (2019)
  • 著者名/発表者名: 海老原哲男，松田拓也，杉田千恵子，一瀬瑞穂，山本宏，鹿内利治，杉田 護
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] PPR networks as post-transcriptional regulators in plant organelles. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Ichinose, Chieko Sugita, Airi Ishimaru, Ayaka Ito, Tetsuo Ebihara, Mamoru Sugita
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケPPR編集因子のRNA塩基認識機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田拓也、杉田 護、一瀬瑞穂
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの新規PLS-type PPRタンパク質はミトコンドリアnad5 pre-mRNAのスプライシングに関与する (2018)
  • 著者名/発表者名: 一瀬瑞穂、杉田千恵子、中島健策、川口康弘、杉田 護
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 葉緑体ndhA mRNAのスプライシングに関与するPPRタンパク質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤綾花、杉田千恵子、加藤義宣、鹿内利治、杉田 護
  • 学会等名: 日本光合成学会第８回年会およびシンポジウム
• [学会発表] 配列特異的なRNA結合モチーフを利用したオルガネラ遺伝子のノックダウン系の確立 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石丸愛理、杉田 護、一瀬瑞穂
  • 学会等名: 日本農芸化学会 中部支部 第180回 例会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケＰＰＲ編集因子のＲＮＡ認識機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松田拓也、杉田 護、一瀬瑞穂
  • 学会等名: 日本農芸化学会 中部支部 第180回 例会
• [図書] Substitutional RNA Editing in Plant Organelles. In: Picardi E., Pesole G. (eds) RNA Editing. Methods in Molecular Biology, vol 2181. (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Ichinose, Mamoru Sugita
  • 総ページ数: 352
  • 出版者: Humana Press, New York, NY.
  • ISBN: 9781071607862
• [図書] Plastid Transformation in Physcomitrium (Physcomitrella) patens: An Update. In: Maliga P (ed), Chloroplast Biotechnology: Methods and Protocols, 2nd ed. Methods in Molecular Biology, vol 2317 (2021)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sugita
  • 総ページ数: 384
  • 出版者: Humana Press, New York, NY.
  • ISBN: 9781071614716
• [備考] 名古屋大学大学院情報学研究科・青木研究室ホームページ
• [備考] 名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻ホ ームページ
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/index.php
• [備考] 名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻ホームページ、論文紹介
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/paper/index.html
• [備考] 杉田研究室ホームページ、論文リスト
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/paper/index.html
• [備考] 杉田研究室ホームページ、論文リスト
  • URL: http://www.gene.nagoya-u.ac.jp/~sugita-g/ronbun.html