植物の澱粉生合成関連酵素の機能改変と遺伝子発現制御機構の解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13660071
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 伊藤 浩之 北海道大学, 大学院・農学研究科, 助教授 (10241366)
• キーワード: アロステリック調節 / 形質転換植物 / ADPglucose pyrophosphorylase / 澱粉生合成 / 変異酵素 / プロモーター解析

研究概要

植物のADPglucose pyrophosphorylase(AGPase)は澱粉生合成において唯一の基質であるADPglucoseを合成する酵素である。植物のAGPaseは異なる遺伝子にコードされる大小2つのサブユニットが2つずつ会合した4量体であり、3-phosphoglycerate(3-PGA)およびPiによってアロステリックに調節される。本課題では、同化澱粉生合成に対する本酵素の役割と本酵素遺伝子の発現制御機構を明らかにすることを最終目的とする。
(1)アロステリックエフェクターに対する感受性を減少させた変異AGPase遺伝子の導入
葉におけるAGPase活性を欠損したシロイヌナズナ変異体植物に、自身のプロモーターを利用して変異AGPase遺伝子を導入した。得られた形質転換植物の葉におけるAGPase活性は、変異植物の10倍以上、野生株の1.5倍以上に増加した。次年度は、形質転換植物における澱粉合成速度などの解析を行う。
(2)AGPase遺伝子プロモーター特性の解析
シロイヌナズナにおけるAGPase大サブユニット遺伝子(ApL1)と小サブユニット遺伝子(ApS1)の発現は、スクロースによって調節されているが、両者は逆の制御を受けている。これを遺伝子レベルで解析するために、両遺伝子のプロモーター領域の解析を計画した。種々の長さのApL1遺伝子プロモーター領域下流に、レポーター遺伝子としてbeta-glucuronidase(GUS)遺伝子を連結したコンストラクトを作成した。これをシロイヌナズナ植物に導入し、得られた形質転換植物のGUS活性を測定したところ、-350の領域までに構成的発現に重要な因子が含まれることが明らかとなった。次年度は、ApS1遺伝子プロモーターの解析とともに、さらに形質転換植物におけるスクロースの影響を調べる。

研究成果

• [文献書誌] K. Nozaki et al.: "Major isoforms of starch branching enzymes in premature seeds of kidney bean (Phaseolus vulgaris L.)"Biosci. Biotech. Biochem.. 65(5). 1141-1148 (2001)
• [文献書誌] V. K. Sikka et al.: "Subcellular compartmentation and allosteric regulation of the rice endosperm ADPglucose pyrophosphorylase"Plant Sci.. 161(3). 467-476 (2001)
• [文献書誌] S. Hamada et al.: "Two starch-branching-enzyme isoforms occur in different fractions of developing seeds of kidney bean"Biochem. J.. 359(1). 23-34 (2001)
• [文献書誌] I. H. Kavakli et al.: "Generation, characterization, and heterologous expression of up-regulated Arabidopsis thaliana leaf ADP-glucose pyrophosphorylases"Planta. (in press). (2002)
• [文献書誌] T. W. Okita et al.: "Increasing rice productivity and yield by manipulation of starch synthesis"John Wiley and Sons, New york. 18 (2001)