葉緑体分裂制御因子ARC3と(被)制御因子の機能解析による葉緑体形成機構の解明

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16770030
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 島田 裕士 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 助手 (80301175)
• キーワード: シロイヌナズナ / 葉緑体 / ARC3 / FtsZ / 分裂

研究概要

葉緑体は原始真核生物への原始原核光合成細菌の細胞内共生によって生じたと考えられている。そのため、宿主である原始真核生物は原始原核光合成細菌の分裂を制御するために、共生後に新たな制御機構を発達させたと考えられる。この制御機構の解明を目的として、我々はシロイヌナズナの葉緑体分裂変異体arc3の遺伝子同定を行った。マッピングと相補実験からARC3遺伝子は742アミノ酸をコードしており、N末領域がバクテリアの分裂制御因子であるFtsZとのホモロジーがあり、C末領域は真核生物でよく知られているシグナル伝達因子のphosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase(PIP5K)の一部とホモロジーがあった。抗体による解析からARC3タンパク質はFtsZタンパク質と同様に葉緑体の分裂面に存在していた。in vitroでのタンパク質輸送実験とウエスタンブロッティング実験から、ARC3タンパク質は葉緑体の包膜の細胞質側に可溶性タンパク質として存在している事が示された。また、ARC3タンパク質のPIP5K領域は高等植物のシグナル伝達因子として機能しているCDPK(Calcium-Dependent Protein Kinase)によってリン酸化され、ARC3タンパク質の活性はリン酸化によってネガティブに制御されている事が示唆された。これらの事よりARC3遺伝子は、真核生物が原核細胞由来の葉緑体の分裂を制御するために、真核型の遺伝子と原核型の遺伝子が融合して生じたためと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Inactivation and deficiency of core proteins of photosystems I and II caused by genetical phylloquinone and plastoquinone and deficiency but retained lamellar structure in a T-DNA mutant of Arabidopsis (2005)
  • 著者名/発表者名: Shimada, H., Ohno, R., Shibata, M., Ikegami, I., Onai, K., Ohto, M., Takemiya, K.
  • 雑誌名: Plant J. 41 ページ: 627-637
• [雑誌論文] ARC3, a chloroplast division factor, is a chimera of prokaryotic FtsZ and part of eukaryotic phosphatigylinositol-4-phosphate 5-kinase. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shimada, H., Koizumi, M., Kuroki, K., Mochizuki, M., Fujimoto, H., Ohta, H., Masuda, T., Takamiya, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 960-967
• [雑誌論文] Distinctive features of plant organs characterized by global analysis of gene expression in Arabidopsis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Obayashi, T., Okegawa, T., Sasaki-Sekimoto, Y., Shimada, H., Masuda, T., Asamizu, E., Nakamura, Y., Shibata, D., Tabata, S., Takamiya, K., Ohta, H.
  • 雑誌名: DNA Res. 11 ページ: 11-25