光合成の損傷と修復の分子機構

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04273101
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 佐藤 公行 岡山大学, 理学部, 教授 (10032822)
• 研究分担者: 西村 幹夫 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 教授 (80093061) ; 浅田 浩二 京都大学, 食糧科学研究所, 教授 (50027182) ; 田中 国介 京都府立大学, 農学部, 教授 (90027194) ; 高宮 建一郎 東京工業大学, 生命理工学部, 教授 (80037259) ; 渡辺 昭 東京大学, 理学部, 教授 (70023471)
• キーワード: 光合成 / 強光 / 高温 / 活性酸素 / 損傷 / 修復 / 環境応答 / 反応中心

研究概要

本研究では、光合成にとって最も重要で、解析がある程度進んでいる「光」、「活性酸素」、「高温」の3つの環境要因に焦点を紋り、光合成の環境応答の分子機構を解析した。
「光」に関しては、光化学系II反応中心のD1サブユニットの損傷・修復のサイクルのうち、合成直後におこるC-末端の切断除去の機構の解明と遺伝子操作によるその速度の改変を試みた。まず、この反応を触媒する酵素の純化を試み、これに成功した。続いてD1タンパク質のC-末端に相当するオリゴペプチドとそのアミノ酸置換体を数種合成し、抽出した酵素に対する基質としての有効性の比較から切断部位のC側のアミノ酸がプロセシングの速度に影響を与えることを確認し、その結果を基礎に、この部位で部位特異的にアミノ酸置換したDIタンパク質をもつ数種のクラミドモナス変異株を作出し、現在、これらの変異株の光耐性を種々の実験条件下で調査中である。
一方、「活性酸素」に関しては、機能の中心となるスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)およびアスコルビン酸ペルオキシダーゼ(APX)について、種々の生物種と局在性を異にするアイソマーの遺伝子を同定して、その塩基配列の決定を行った。ついで、その遺伝子構造を解析して、環境ストレスに応答するプロモーター構造上の特徴を明らかにするとともに、それら酵素の局在性と分子的性質を明らかにした。また、光・酸素ストレスの緩和機構として光化学系Iを中心とする循環電子伝達系が機能していることを種々の手法により証明した。
「高温」に関しては、クロロプラストに導入されたフェレドキシン-NADP^+レダクターゼの場合を例に、Hsp70およびCpn60の機能を解析し、また、これらの分子シャペロンのクロロプラストの緑化に伴う変動を解析し、今後の研究のための基礎とした。

研究成果

• [文献書誌] Taguchi,F.,Y.Yamamoto,N.Inagaki and K.Satoh: "Recognition signal for the C-terminal processing protease of D1 precursor protein in the photosystem II reaction center:an analysis using synthetic oligopeptides." FEBS Lett.326. 227-231 (1993)
• [文献書誌] Konishi,T.and A.Watanabe: "Transport of proteins into the thylakoid lumen-Storomal processing and energy requirements for the precursor to the 23-kDa protein of PS II." Plant Cell Physiol.34. 315-319 (1993)
• [文献書誌] Sakamoto,A.,H.Ohsuga,M.Wakura,N.Mitsukawa,T.Hibino,T.Masumura,Y.Sasaki and K.Tanaka: "cDNA cloning and expression of the plastidic copper/zinc-superoxide dismutase from spinach(Spinacia oleracea L.)leaves." Plant Cell Physiol.34. 965-968 (1993)
• [文献書誌] Miyake,C.,W-H.Cao and K.Asada: "Purification and molecular properties of thylakoid-bound ascorbate peroxidase from spinach chloroplasts." Plant Cell Physiol.34. 881-889 (1993)
• [文献書誌] Tsugeki,R.and M.Nishimura: "Interaction of homologues of Hsp 70 and Cpn 60 with ferredoxin-NADP^+ reductase upon its import into chloroplasts." FEBS Lett.320. 198-202 (1993)
• [文献書誌] Nakamura,K.and K.Matsuoka: "Protein targeting to the vacuole in plant cells." Plant Physiol.101. 1-5 (1993)
• [文献書誌] Satoh,K.: "The Photosynthetic Reaction Center" Adademic Press,San Diego, 30 (1993)
• [文献書誌] Asada,K.: "Causes of Photooxidative Stress and Amelioration of Defense Systems in Plants" CRC Press,Ann Arbor, 28 (1994)