C_4光合成遺伝子の転写制御機構に関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08640824
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 松岡 信 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 教授 (00270992)
• キーワード: C_4光合成遺伝子 / C_3植物 / C_4植物 / ホスホエノールピルビン酸Piジキナーゼ / 遺伝子進化

研究概要

C4光合成回路を構成する遺伝子の一つであるPdk
(ホスホエノールピルビン酸Piジキナーゼ)遺伝子は、C4植物であるトウモロコシばかりでなくイネ、C3植物にもその構造が類似した遺伝子が存在する。Pdk遺伝子は1つの遺伝子から2つの転写産物を産生する(葉緑体型、細胞質型)。イネの細胞質型Pdk遺伝子のプロモーター領域をGUS(β-グルクロニダーゼ)遺伝子とつなげたコンストラクトをトウモロコシプロトプラストに導入すると、高い活性がみられたのに対し、葉緑体型Pdk遺伝子プロモーターはイネ由来のものはトウモロコシ由来のものに比べ約4倍GUS活性が低かった。さらにトウモロコシの葉緑体型Pdk遺伝子プロモーター::GUSコンストラクトをイネに導入すると、GUSの発現は葉肉細胞特異的さらに光依存的に高い発現を示した。このことからC3植物からC4植物へはシス領域が進化し、イネ葉肉細胞にもトウモロコシのPdk遺伝子の細胞特異的、光依存的発現を引き起こすのに十分な転写制御系が存在していることを示している。これらの結果から、トウモロコシゲノムをイネに導入すれば、組織特異的に高い発現をすることが予想された。実際にトウモロコシのPpc(ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ)遺伝子をイネに導入した結果、野生株に比べ約30-100倍もの活性をもつ個体が得られた。

研究成果

• [文献書誌] Gallusci, P.et.al.: "Regulation of cytosolic pyruvate, orthophosphate dikinase expression in developing maize erdosperm." Plant. Mol. Biol.31. 45-55 (1996)
• [文献書誌] Ku.M.et.al.: "Evolution and expression of C_4 photosynthesis genes." Plant.Physiol.111. 949-957 (1996)
• [文献書誌] Makino, A.et.al.: "Ones decrease in ribulose-1,5-bisphoshate carboxylase by antisence rbcs leads to a higher N-use efficiency of hoteyuthesis under conditins of stuating Co_2 and light in rice plants?" Plant Physiol. 114. 483-491 (1997)
• [文献書誌] Imaizumi, N et.al.: "Characterization of the gene for pyruvate, orthophoshate dikinase from the C_3 plant rice and comparison of structure and exprssion between C_3 and C_4 ppdk genes." Plant Mol.Biol.34. 701-716 (1997)
• [文献書誌] Uchino, A.et.al.: "C_4-type gene expression is not directly dependent on kranz anatomy in an amphibious sedge, Eleocharis vivipara Link." Plant J.in press. (1997)
• [文献書誌] Matsuoka M.et.al.: "Evolution of C_4 photosynthetic genes and overexpression of maize C_4 genes in rice." J.Plant Research in press. (1998)
• [文献書誌] 野村 美加 et.al.: "化学と生物" 学会出版センター, 5 (1998)