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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電子伝達蛋白質の側から明らかにすることを目的とし、以下の研究成果を得た。
1)トウモロコシ根より硝酸誘導型のFdVIのcDNA及びゲノム遺伝子をクローン化し、硝酸応答性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ことを示した。
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FdI、後者にはFdIIが分布し、これは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、FdIとFdIIの炭素と窒素同化系への電子分配の効率が異なる細胞を作出した。
3)大腸菌発現系を用いて、Fdの[2Fe-2S]クラスター近傍の残基と分子表面に存在する酸性残基の改変体を作製し、改変体の酸化還元電位、及びFd-NADP還元酵素や亜硫酸還元酵素との電子伝達に関与する領域を同定した。今後これらの改変分子を植物体に導入し、光合成活性に及ぼす影響を個体レベルで研究することを計画している。
4)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生理状態がもたらされていることが明らかになった。
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