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2022 年度 実績報告書

細胞周期が司る葉緑体核様体の固体ー液体相転移の分子機構を探る

公募研究

研究領域DNAの物性から理解するゲノムモダリティ
研究課題/領域番号 21H05748
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) 2021-09-10 – 2023-03-31
キーワード葉緑体DNA / 葉緑体DNA ligase / DNA supercoil / Stochastic inheritance
研究実績の概要

本研究では葉緑体核様体の球状構造の制御機構をDNA supercoilという観点から明らかにすることに成功した。葉緑体は、かつて独立した生を営んでいた藍色細菌の近縁種が真核生物の祖先に取り込まれ、共生関係を確立することで現在の姿になったと考えられている。その証拠の一つとして、葉緑体がもつ独自のゲノム(葉緑体ゲノム)の存在が挙げられる。葉緑体ゲノムには、光合成や葉緑体生合成に必須な遺伝子群がコードされており、その安定な遺伝は植物細胞における死活問題である。我々はこれまでに、葉緑体核様体が葉緑体分裂に先立って拡散し、分裂完了後速やかに球状構造を再構築することを明らかにした。これは、1つの葉緑体あたり80コピーある葉緑体DNAを、分裂前に拡散させることで娘葉緑体への均等分配を実現する戦略の顕れであると考えられた。一つの細胞のなかで、細胞核染色体は一旦染色体として纏められた後に娘細胞へと受け渡される。それに対し、まず葉緑体全体に拡散させてしまうという、全く異なる戦略で娘細胞への均等分配という共通のゴールを達成している点は興味深いが、その分子機構は明らかでなかった。本研究ではさらに、葉緑体DNAに一本鎖切断部位を蓄積する葉緑体DNA ligaseにおける葉緑体核様体の観察、Supercoilに選択的に結合するGapRタンパク質を応用することで、この葉緑体核様体の形態変化がDNA supercoilの制御に基づいていることを示した。さらに領域内共同研究の結果として、数理学的にもこのモデルが支持された。現在、この成果の論文を準備中である。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A conserved RWP-RK transcription factor VSR1 controls gametic differentiation in volvocine algae2023

    • 著者名/発表者名
      Geng Sa、Hamaji Takashi、Ferris Patrick J.、Gao Minglu、Nishimura Yoshiki、Umen James
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 ページ: e2305099120

    • DOI

      10.1073/pnas.2305099120

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 葉緑体DNAとの同時観察から、炭酸固定装置ピレノイドの構築機構に迫る2023

    • 著者名/発表者名
      金澤晴樹、田草川真理、川島愛音、鹿内利治、西村芳樹
    • 学会等名
      第13回日本光合成学会年会
  • [学会発表] SMC様タンパク質の機能から迫る、ピレノイド構築における葉緑体核様体の役割2023

    • 著者名/発表者名
      金澤晴樹、川島愛音、田草川真理、鹿内利治、西村芳樹
    • 学会等名
      第17回クラミドモナス研究会
  • [学会発表] クラミドモナスの炭酸固定加速装置ピレノイドの構造形成における葉緑体DNAの役割の解析2023

    • 著者名/発表者名
      金澤晴樹、川島愛音、田草川真理、鹿内利治、西村芳樹
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] BUMPS 法によって解く葉緑体 DSB 修復機構2023

    • 著者名/発表者名
      川島愛音、西村芳樹
    • 学会等名
      第17回クラミドモナス研究会
  • [学会発表] BUMPS 法で導入した葉緑体DSB は速やかに除去される2023

    • 著者名/発表者名
      川島愛音,金澤晴樹,鹿内利治,西村芳樹
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会
  • [学会発表] Transmission of chloroplast nucleoids is regulated by DNA supercoils during cell division.2023

    • 著者名/発表者名
      Nishimura, Y., Takusagawa, M., Yokota, H., Kobayashi, Y., Hamaji, T., Shikanai, T.,,,2023,2023,1,1
    • 学会等名
      The 20th international conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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