高等植物における光化学系I循環的電子伝達の分子的実体と生理機能の解明

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15370024
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 鹿内 利治 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教授 (70273852)
• キーワード: 葉緑体 / 光合成 / 電子伝達 / RNA編集 / RNA成熟化 / 翻訳 / 遺伝学 / シロイヌナズナ

研究概要

光化学系I循環的電子伝達のNDH依存経路に欠陥を持つシロイヌナズナ変異株を単離する目的で、NDH活性に依存する微細なクロロフィル蛍光変化を、CCDカメラ下で可視化するシステムを開発した。これを用いてNDH活性に関わる13の遺伝子座を明らかにした。さらに7遺伝子について原因遺伝子を特定した。CRR2は、オルガネラのRNA成熟化に関わるPPRファミリーのメンバーをコードし、crr2変異株では、NDH複合体のサブユニットをコードするndhBの成熟化が異常であることが明らかになった。また、CRR4は、CRR2によく似たPPRファミリーのメンバーをコードしていた。crr4変異株で11のすべてのndh遺伝子についてノーザンハイブリダイゼーションを行ったが、異常は検出できなかった。しかしcrr4は、ndhDの開始コドンを作るRNA editingが異常であることが明らかになった。PPRファミリーのメンバーは、RNAの特異的な認識に機能し、RNA成熟化(RNA切断、RNA editing)に関わる別のタンパク質を標的まで連れて行くことに働きを持つことが考えられる。
光化学系I循環的電子伝達の重複する別経路の変異株であるpgr5とcrr変異株との二重変異体を作成した。二重変異体は、弱光下から電子伝達の異常を示し、ストロマの過還元が生じていた。また二重変異体では、光化学系I循環的電子伝達の活性が完全に消失していた。以上の結果から、PGR5依存とNDH依存経路が高等植物のすべての光化学系I循環的電子伝達の活性を説明することが示された。また光化学系I循環的電子伝達に依存するATP合成は、暗反応の要求するATP/NADPH比を満たすことで、ストロマの過還元回避に寄与していることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Shikanai T, Muller-Moule, Munekage Y, Niyogi KK, Pilon M: "PAA1, a P-type ATPase of Arabidopsis, functions in copper transport in chloroplasts."Plant Cell. 15. 1333-1346 (2003)
• [文献書誌] Hashimoto, M, Endo, T, Peltier, G, Tasaka, M, Shikanai, T: "A nucleus-encoded factor, CRR2, is essential for the expression of chloroplast ndhB in Arabidopsis."Plant J. 36. 543-549 (2003)
• [文献書誌] Yamazaki H, Tasaka M, Shikanai T: "PPR motifs of the nucleus-encoded factor, PGR3, function in the selective and distinct steps of chloroplast gene expression in Arabidopsis."Plant J. (in press).