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1、分子レベルの基礎的研究の範囲では、葉型のフェレドキシン(Fd)とFd:NADPH還元酵素(FNR)、根型のFdとFNR、亜硝酸還元酵素(NiR)、グルタミン酸合成酵素(GOGAT)、グルタミン合成酵素(GS)で多くの改変体の解析を進め、以下の成果を得た。
(1)窒素同化系のNiRとFdの電子伝達複合体の生化学的解析を進め、複合体形成に関わるFd部位の特定と分子間の相互作用力の評価を行った。
(2)アンモニア同化系のGOGATとFdの電子伝達複合体構造解析をNMR分光法で進めた。
(3)GOGATの光合成と非光合成組織での駆動状況を葉型、根型のFdとFNRを生理的な還元力供給系として再構成して、その特性を明らかにした。
(4)GSの系統的変異体の作製と生化学的評価を行い、基質であるグルタミン酸及びその阻害剤であるメチオニンスルフォキシミドやフォスフィンスリシンとの親和性を決定している部位を同定した。
2、上記の蛋白質群のRNAi植物やT-DNA挿入変異植物の作製やスクリーニングを行い、それらの表現型を解析して以下の成果を得た。
(1)3種類のFdイソ蛋白質を個々にノックダウンしたArabidopsisを作製した。存在量が多いFd分子種のノックダウン株では成長が遅延したが、レドックスパートナーの一つであるFNRの発現量は大きな変動は無かった。複数のレドックス代謝系への電子分配の度合いやその調節の仕組みの解析に進める状況となった。
(2)葉型2種類のFNRが欠損した変異体では明瞭な表現型は認められないが、光合成電子伝達鎖の駆動状況や還元力の炭素・窒素同化への配分比率が変化している。窒素栄養が制限された生育条件下では、この変異体のバイオマスが多くなる。野生型では窒素栄養状況に応じて炭素同化のダウンレギュレーションが働くが、FNR欠損によりレドックスバランスが崩れて制御能が低下するとの仮説を提案した。
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