| 研究課題/領域番号 |
20K15819
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分44030:植物分子および生理科学関連
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| 研究機関 | 弘前大学 (2021-2023)
京都大学 (2020) |
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研究代表者 |
藤井 祥 弘前大学, 農学生命科学部, 助教 (20867717)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 葉緑体 / 核様体 / 遺伝子発現 / 膜脂質 / DNA結合タンパク質 / RNAポリメラーゼ / 色素体分化 / 膜アンカータンパク質 / 転写制御 / クロマチン免疫沈降シーケンス / 次世代シーケンシング / 超高解像顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
植物の色素体は器官や環境に応じてダイナミックに分化する。特に色素体が葉緑体へと分化する過程では，内膜構造の発達とともに，色素体DNA－タンパク質複合体「核様体」の構造が大きく変動し，色素体遺伝子の発現変動を引き起こすと提唱されてきた。しかし，色素体分化に伴う核様体の構造変化の分子機構や遺伝子発現との関係性の実態は謎に包まれたままである。本研究では，色素体核様体の膜アンカーポイントが色素体分化において果たす役割の解明を目指し，超高解像顕微鏡や次世代シーケンシング技術を駆使した解析を行う。本研究の成果は，植物の効率的な成長や環境適応に必要な色素体分化のしくみを解き明かすうえで重要な手がかりとなる。
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| 研究成果の概要 |
葉緑体分化過程では，葉緑体内のチラコイド膜上でDNA-タンパク質複合体である核様体が構造を大きく変え，光合成関連遺伝子の発現が上昇する。これらの過程を制御するメカニズムを明らかにするため，葉緑体RNAポリメラーゼのDNAに対するゲノムワイドな結合パターンの解析手法を確立し，チラコイド膜の形成が遺伝子発現に与える影響と，チラコイド膜上のDNA結合タンパク質の機能解析を行った。色素体遺伝子の転写と翻訳には，チラコイド膜を構成する膜脂質合成の合成が必要であることが分かった。さらに，チラコイド膜に核様体をアンカーするタンパク質が，核様体構造や色素体RNAポリメラーゼの機能制御に関与することを見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
植物の色素体は，器官や環境に応じて柔軟に分化することで，光合成やデンプン蓄積をはじめとする多様な代謝を担い，色素を蓄積して植物の多様ないろどりを創出する。本研究の成果は，チラコイド膜の形成や核様体の形態変化が，色素体の遺伝子発現制御に関与することを示している。植物の光合成や成長を最適化するには，色素体の遺伝子発現を適切に制御することが不可欠であるため，本研究の知見は人類が植物を食料や資源として活用する際の基礎的な情報となる。本研究で確立した色素体RNAポリメラーゼの機能をゲノムワイドに分析する方法は，任意の植物試料に適用可能であり，今後の植物学研究において広く活用されることが期待される。
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