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葉緑体コードの光合成遺伝子は、葉緑体コードのRNAポリメラーゼ(PEP)によって転写される。しかし、葉緑体ゲノムには転写制御に関わる遺伝子がコードされていない。従って、核にコードされているシグマ因子などの転写調節因子が核から葉緑体へのシグナル伝達を担い、葉緑体コードの遺伝子の発現量をコントロールしている可能性が高い。本研究の第1の目的は、葉緑体での光応答転写の分子機構を明らかにし、核コードの転写因子の役割を明らかにすることである。そこでin vitro解析と葉緑体形質転換系でのin vivo解析を併用して、PEPプロモータ構造の詳細な解析を行い、これを認識する核コードの因子の役割を明らかにした。また、光化学系IIタンパク質の光応答発現について総括的に理解するために、核コードのサブユニットタンパク質の光応答転写における細胞内シグナル伝達の解析も行った。さらに、光化学系II複合体内における電子伝達制御機構の解析も進めた。
その結果、光化学系IIの反応中心をD1タンパク質とともに構成し、光に依存した早いターンオーバーを示すことが知られているD2タンパク質遺伝子(psbD)の転写が光に依存して可逆的な活性化・不活性化を受けること、さらには昼夜の光量変化を予測して概日時計による活性制御も受けていることを初めて明らかにした。またプロモータ構造の解析を通じて、核コードの因子によるPEP制御の実体を明らかにした。一方、mRNAの光依存的な安定性制御についても、葉緑体形質転換による解析を行った。核コードのサブユニットについては、光化学系II集光性タンパク質のcab遺伝子の組織特異的な発現が細胞内Caレベルによって制御されていることを初めて示し、さらに転写制御に関わるプロモー夕上のシス配列を同定した。また、光化学系IIの酸化側電子伝達が葉緑体コードのLタンパク質に依存していることを示し、それに関わるアミノ酸残基を同定した。
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