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2020 年度 実績報告書

葉緑体がもつ染色体「核様体」のダイナミズムに挑む

研究課題

研究課題/領域番号 18H02460
研究機関京都大学

研究代表者

西村 芳樹  京都大学, 理学研究科, 助教 (70444099)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード葉緑体DNA / 核様体
研究実績の概要

葉緑体にも「染色体」がある。それは一つの葉緑体あたり約100コピー存在する葉緑体独自のゲノム(chloroplast (cp) DNA) に多様なタンパク質が結合し折り畳むことで構築された複合体であり、「葉緑体核様体」とよばれる。葉緑体核様体の形態は、細胞周期、光や栄養などの環境条件、色素体分化、さらに植物の進化過程でダイナミックに変化し、cpDNA複製、遺伝子発現、遺伝などの制御に関わると考えられているが、そうした葉緑体核様体の形態構造を制御する分子機構は謎につつまれていた。本研究では、葉緑体核様体がみせるダイナミックな形態変化の背景にある分子機構の実態と、それが葉緑体遺伝子発現、光合成や葉緑体生合成において果たす役割を明らかにすることを目指した。
葉緑体核様体の精製とプロテオミック解析の結果、葉緑体DNAを折りたたむタンパク質を発見した。このタンパク質は、2つのDNA結合部位(High mobility group (HMG) box)を持っており、その構造はミトコンドリアのTFAM/Abf2pと相同性が高かった。HMG box domain protein (HBD)1と名付けたこのタンパク質について、ゲノム編集によって遺伝子を破壊すると、葉緑体核様体は解けて拡散した。さらにHBD1タンパク質のDNAへの結合様式を、高速原子間力顕微鏡とDNAオリガミをもちいて観察してみると、HBD1がDNAを折り曲げたり(bending)、2本のDNA鎖を架橋(bridging)したりする様子が捉えられた。これらの結果から、HBD1は二つのDNA結合領域を用いて、DNAを折り曲げたり架橋したりする「DNAクリップ」として、葉緑体DNAを折りたたみ、葉緑体核様体の構築に貢献していることが示された。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] HBD1 protein with a tandem repeat of two HMG-box domains is a DNA clip to organize chloroplast nucleoids in <i>Chlamydomonas reinhardtii</i>2021

    • 著者名/発表者名
      Takusagawa Mari、Kobayashi Yusuke、Fukao Yoichiro、Hidaka Kumi、Endo Masayuki、Sugiyama Hiroshi、Hamaji Takashi、Kato Yoshinobu、Miyakawa Isamu、Misumi Osami、Shikanai Toshiharu、Nishimura Yoshiki
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 ページ: e2021053118

    • DOI

      10.1073/pnas.2021053118

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Pentatricopeptide Repeat Protein PGR3 Is Required for the Translation of <i>petL</i> and <i>ndhG</i> by Binding Their 5′ UTRs2021

    • 著者名/発表者名
      Higashi Haruka、Kato Yoshinobu、Fujita Tomoya、Iwasaki Shintaro、Nakamura Masayuki、Nishimura Yoshiki、Takenaka Mizuki、Shikanai Toshiharu
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 62 ページ: 1146~1155

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa180

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three genomes in the algal genus <i>Volvox</i> reveal the fate of a haploid sex-determining region after a transition to homothallism2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Kayoko、Hamaji Takashi、Kawai-Toyooka Hiroko、Matsuzaki Ryo、Takahashi Fumio、Nishimura Yoshiki、Kawachi Masanobu、Noguchi Hideki、Minakuchi Yohei、Umen James G.、Toyoda Atsushi、Nozaki Hisayoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 ページ: e2100712118

    • DOI

      10.1073/pnas.2100712118

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] DNA supercoil制御を基盤とする葉緑体核様体の遺伝機構2021

    • 著者名/発表者名
      西村芳樹、浜地貴志、小林優介、田草川真理、鹿内利治
    • 学会等名
      日本植物学会第65回大会
  • [学会発表] 葉緑体核様体の相転移による均等分配機構2021

    • 著者名/発表者名
      西村芳樹、浜地貴志,小林優介,田草川真理,鹿内利治
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
  • [備考] 京都大学大学院理学研究科 植物分子遺伝学研究室/西村グループ

    • URL

      https://sites.google.com/view/shikanailab/research/nishimura-group

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公開日: 2022-12-28  

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