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光合成生物における炭素と窒素の同化反応は、共に光エネルギー転換系で生じる還元力やATPを直接あるいは間接に用いる代謝系であり、統御のとれた物質代謝を行うためには、両同化反応が互いに密接に関わりながらバランスが保たれることが重要である。本研究は、炭素と窒素の同化反応過程の接点に位置してアンモニアとケト酸からグルタミン酸の生合成を司るグルタミン合成酵素(GS)とグルタミン酸合成酵素(GOGAT)に焦点を当てた。それらの遺伝子をノックアウトしたり改変分子を導入した細胞を作製し、炭素、窒素の同化反応の効率やバランスを人工的に変動させることにより新たに生じる表現型を解析し、両方の代謝系の動的過程を制御している因子とその作用機構を明らかにすることを目的とする。本年度はラン藻の一種P.boryanumのFd依存性とNADH依存性のグルタミン酸合成酵素(GOGAT)遺伝子をクローニングし、それらの遺伝子破壊株を作製した。いずれの破壊株も生育可能であったが、還元力供給の違いと窒素同化の駆動状況を詳細に調べたところ、強光で炭酸ガス濃度の高い環境条件下では、炭酸同化と窒素同化の協調性がFd-GOGAT欠損株でのみで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た。Fd-GOGAT欠損により炭酸同化と窒素同化に関わる表現型がダイナミックに変化するとき、光合成色素蛋白質等、細胞内窒素のリザーバー的な蛋白質の遺伝子発現も変動することを示す予備データも得ており、この遺伝子発現能制御を今後具体的に進めることができよう。
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