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本研究では、可塑的な葉緑体分化の分子機構の解明を目的とした。非光合成器官・組織の色素体は、潜在的に光合成を行なう葉緑体に分化する能力を維持しているが、通常条件で葉緑体への分化は抑制されている。この可塑的な葉緑体分化制御機構を解明出来れば、葉緑体分化および光合成光化学系装置構築の分子機構を明らか出来るだけでなく、将来的にシンク器官である非光合成器官をソース器官に変換し、光合成生産効率を向上した作物の分子育種にも繋がることが期待される。
シロイヌナズナの根は炭素源をソースである地上部に依存しており、通常緑化は抑制されている。我々は、地上部から切り離された根では葉緑体分化が誘導され、光照射下で新たな光合成組織の構築が促進されることを見出した。この葉緑体分化誘導にはオーキシンとサイトカイニンが関与していることを明らかにした。通常、根では地上部から輸送されるオーキシンにより葉緑体分化が強く抑制されている。しかしこの抑制は、地上部を喪失した根で減少し、同時に傷害部におけるサイトカイニンシグナルの促進により、葉緑体分化が誘導されることを明らかにした。実際、根での葉緑体分化の誘導により、葉緑体チラコイド膜が発達すると伴に、光合成電子伝達反応が増大することを明らかにした。
さらに、この光合成光化学系の構築には、核コードの光合成関連遺伝子の協調的な転写活性化を伴うことを明らかにした。実際、光シグナルの転写因子HY5 と植物ホルモンシグナルの転写因子GLKが、これら遺伝子の協調的な転写活性化に関与していることを見出した。驚くべき事に、GLKの過剰発現により、根の維管束周辺細胞において顕著な葉緑体分化が誘導され、新鮮重辺りで葉の約10%に達するクロロフィルを蓄積できることを明らかにした。以上のように、我々の解析により、非光合成器官である根においても、葉緑体分化を誘導できることが明らかとなってきた
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