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本研究は、光還元力の供給と分配に焦点をしぼり、光合成細胞内で複数の代謝系が連携してはたらき、動的過程を制御している電子分配の基本原理を明らかにすることを目的としている。また非光合成細胞内での還元力利用にも着目した。これらの研究成果を箇条書にする。
1)トウモロコシ根より硝酸誘導型のFdVlのcDNA及びゲノム遺伝子をクローン化し、硝酸応答性を非誘導性Fdlllと比較しながら調べた結果、FdVlの誘導パターンは硝酸同化系酵素と同様であり、非光合成系由来の電子供与系と硝酸還元同化系の遺伝子発現が協調的に制御されていると考えられる。
2)トウモロコシの葉肉細胞と維管束鞘細胞ではFd分子種が異なり、前者にはFdl、後者にはFdllが分布し、転写レベルでの発現制御によるものであった。Fd欠損ラン藻株をこれらのFd遺伝子で相補する系により、FdlとFdllの炭素と窒素同化系への電子分配の効率が異なることが判明した。また、組換え分子を用いてFdイソ蛋白質の電子伝達機能を機能性電気極を用いた電気化学的の手法で調べ、酸化還元電位やFd-NADPH還元酵素との電子の授受に関わる領域を同定した。
3)ラン藻P.boryanumより〓Fd依存性とNADH依存性のグルタミン酸合成酵素(GOGAT)遺伝子をクローン化し、各々のGOGAT遺伝子の破壊株を用いて、炭酸同化と窒素同化の協調的性がFd-GOGAT欠損株でのみ消失することが見い出された。この株では炭酸同化が優先的に進行し、窒素欠乏に応答した細胞の整理状態がもたらされていた。
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