緑葉の老化を支配する遺伝子の構造と発現に関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03404002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 渡辺 昭 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (70023471)
• 研究分担者: 伊藤 正樹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (10242851)
• キーワード: 植物の老化 / cDNAクローニング / 分岐鎖ケト酸脱水素酵素 / プロテアーゼ / ダイレクトディスプレイRT-PCR / グルタミン合成酵素 / ピルビン酸脱水素酵素

研究概要

本年度は新しい方法を用いて緑葉の老化に関連して発現するいくつかの遺伝子のcDNAクローンが得られた。その一つは、クローニングベクターに挿入されたcDNAを試験管内での発現させ、その産物の単離葉緑体への輸送を利用して選抜するという昨年度に開発した方法を用いたものである。得られたcDNAは葉緑体の老化に関連性が高いと考えられる新しい遺伝子で、その塩基配列から推定して、大腸菌のファージ感染ストレスによって発現するものに相同性をもっている。もう一つは、ダイレクトディスプレイRT-PCR法を用いた試みである。この方法で新たに三つのcDNAクローンが得られた。その一つは、動物のピルビン酸脱水素酵素複合体のサブユニットの一つである分岐鎖ケト酸脱水素酵素に相同性をもつものであった。この複合体のもう一つのサブユニットと考えられる配列のcDNAも同時に得られており、老化した細胞で分解されたタンパク質に由来するLeu、Val、Ileのような分岐鎖アミノ酸の炭素鎖部分をTCA回路に回してエネルギーとするために鍵となる働きをしていることが推測される。もう一つのクローンはグルコシダーゼに相同性をもっており、種々の配糖体から糖を回収してエネルギー源としていることをうかがわせる。
老化によるタンパク質の分解についていくつかのcDNAプローブを用いて対応する遺伝子の発現の変化を測定した結果、ユビキチン経路のプロテアソームよりもむしろ葉緑体ではClpプロテアーゼ、液胞ではカテプシン類似のプロテアーゼが働いている可能性が高いことが示唆された。
細胞質局在性グルタミン合成酵素の三つの遺伝子のうち二つが老化の後期に強く発現することを見いだしていたが、もっとも強く発現するものについては、細胞内のGlu/Glnのレベルの変化が発現をコントロールしている可能性が示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Watanabe,A.: "Biphasic and differential expression of cytosolic glutamine synthetase genes of radish during seed germination and senescence of cotyledons." Plant Mol.Biol.27(印刷中). (1995)
• [文献書誌] Murota,K.: "Changes related to salt torelance in thylakoid membranes of photoautotrophically cultured green tobacco cells." Plant Cell Physiol.35. 107-113 (1994)
• [文献書誌] Ito,M.: "Meristem-specific gene expression directed by the promoter of the S-phase-specific gene,cyc07,in transgenic Arabidopsis." Plant Mol.Biol.24. 863-878 (1994)
• [文献書誌] Kodama,H.: "Studies of the plant cell cycle in synchronous cultures of Chatharanthus roseus cells." Plant Cell Physiol.35. 529-537 (1994)
• [文献書誌] Fukuda,H.: "Mechanism of the proliferation and differentiation of plant cells in cell culture systems." Int.J.Dev.Biol.38. 287-299 (1994)
• [文献書誌] 渡辺昭: "植物の老化と死のメカニズム" 植物細胞工学. 6. 6-8 (1994)