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微生物による脱窒は、可溶性の硝酸イオンを最終的に窒素ガスに還元して大気中に放出する一連の反応で、地球上の窒素循環の重要なルートのひとつとなっている。
Pseudomonas属細菌においては、脱窒に関連した遺伝子は染色体上の特定部分にクラスターを形成して存在し、酸素が無く硝酸、亜硝酸が存在するという条件でのみその遺伝子群の発現が見られると考えられている。本研究では、緑膿菌脱窒遺伝子群について、その遺伝子構造の全容を明らかにすること、およびその発現調節機構を解明することを目的として、以下の研究を行った。
1.脱窒関連遺伝子群の構造の解明
緑膿菌の亜硝酸還元酵素系遺伝子(nirSMC)の上流逆向きに、あらたに3つのORFからなるオペロン(nirQ operon)の存在を発見した。そのうち、最上流のnirQはPseudomonas hydrogenothermophila由来のRubisCO遺伝子cbbLSの下流に存在する機能未知の遺伝子cbbXと相同性が高かった。さらに下流の遺伝子と相同性の高い遺伝子の役割等から類推して、nirQオペロンは亜硝酸還元系酵素群のアセンブリまたは安定化に関与した蛋白をコードしていると考えられた。
2.脱窒関連遺伝子群の発現制御
ANRは、Pseudomonas属細菌において、嫌気状態における遺伝子の発現を正に制御している因子である。緑膿菌においても、nirSMCとnirQの間に、ANR認識部位と考えられるシーケンスが存在した。また、ANR欠損株およびクローン化されたanr遺伝子を用いた実験で、nirSMCおよびnirQが共にANRによって正の制御を受けていることを確認した。
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