光をエネルギー源として生きる緑葉細胞の暗黒への応答の分子機構

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07454216
• 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: 園池 公毅 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (30226716) ; 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: 光合成器官 / cDNAクローニング / 分岐鎖ケト酸脱水素酵素 / シロイヌナズナ / ダイレクトディスプレイRT-PCR / 暗黒への応答 / 窒素代謝 / 遺伝子発現の制御

研究概要

緑葉細胞の暗黒への応答の様子を遺伝子発現のレベルで明らかにすることを目的とし、次のような点について研究を進めた。(1)暗黒に応答して発現する遺伝子のcDNAを多数クローン化し、既知の塩基配列との類似性を検索してその応答の全体像を明らかにした。(2)未知の塩基配列を持ったものについては、特異抗体や形質転換植物を作製する等の方法によってその機能を探ることを試みた。とくに葉緑体に輸送されるものについては、葉緑体の機能との関連を中心にして検討した。(2)発現の様子から特に興味深い遺伝子については、昼夜の切り換えを行うための細胞内の信号を明らかにし、そのプロモーターの解析を行うことによって発現調節機構の一端を明らかにした。(4)秩序を持ったタンパクの分解系に関与すると考えられるプロテアソームや葉緑体のCipプロテアーゼについて、すでに報告されているcDNAを用いて対応する遺伝子の発現を調べ、塩基配列しか知られていない後者については、特異抗体を利用して菜緑体から同酵素タンパクを精製して、その生化学的な実体を明らかにすることを試みた。その結果、光合成遺伝子などとは逆に、日中には抑制され、夜間に発現する遺伝子のcDNAがいくつもクローン化された.そのうちの一つは、葉緑体に輸送されるタンパク質であることが確認されたことから、暗黒に対する葉録体の応答も、その構成タンパク質を変化させるほどの大きなものであることが推測された。また、今まで植物では見つけられていなかった分岐鎖アミノ酸脱水素酵素のcDNAが得られるなど、アミノ酸代謝に関与するいくつかの酵素の遺伝子についてもその発現が高まることが確認された。暗黒下におかれることによって細胞内の糖は短時間で使い果たされてしまうことが観察され、飢餓状態に陥るるために細胞を構成するタンパク質の秩序を持った分解が起こり、遊離するアミノ酸を糖新生に用いていると考えられた。

研究成果

• [文献書誌] Ishibashi,M.: "Photoinhibition of photosynthesis during rain treatment : identification of the intersystem electron-transfer chain as the site of inhibition" Plant cell Physiol.38. 168-172 (1997)
• [文献書誌] Wu,G.-J.: "Import of modified D1 protein and its assembly into photosystem 2 by isolated chloroplasts." Plant cell Physiol.38. 243-247 (1997)
• [文献書誌] Ito,M.: "Cell-cycle-regulated transcritption of A-and B-type plant cyclin genes in synchronous cultures." Plant J.11. 983-992 (1997)
• [文献書誌] Watanabe,A.: "Internal Gln/Glu ratio as a potential regulatory parameter for the expression of a cytosolic glutamine synthetase gene of radish in cultured ce11s." Plant cell Physiol.38. 1000-1006 (1997)
• [文献書誌] Sonoike,K.: "The mechanism of the degradation of psaB gene product,one of the photosnthetic reaction center subunits of hotosystem I,upon photoinhibition." Photosyn.Res.53. 55-63 (1997)
• [文献書誌] Shimada,Y: "A protein encoded by din1,a dark-inducib1e and senescence-associated gene of radish,can be imported by isolated chloroplasts and has sequence similarity to sulfide dehydrogenase and other small stress proteins." Plant cell Physiol.39. 139-143 (1997)