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2012 年度 実績報告書

宿主細胞と光合成の協調による葉緑体ゲノム複製制御の分子機構の解明

公募研究

研究領域マトリョーシカ型進化原理
研究課題/領域番号 24117523
研究機関国立遺伝学研究所

研究代表者

壁谷 如洋  国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 特任研究員 (20462674)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード葉緑体 / DNA複製 / レドックス / ジスルフィド結合 / 細胞内共生
研究実績の概要

24年度の計画①光合成に駆動される葉緑体DNA複製の制御の検証、②葉緑体DNA複製装置の構成タンパク質の同定と解析、③葉緑体DNA複製のON/OFFスイッチ変換の分子機構の解明について解析を行った。
①予備研究で得られていた葉緑体DNA複製が光合成によって駆動されていることを再検証した結果、確かにクラミドモナスでは光合成の電子伝達阻害剤であるDCMUを加えることで葉緑体DNA複製は阻害された。しかし、従属栄養条件完全暗所下でも葉緑体DNAは複製されることを明らかにし、葉緑体DNA複製には必ずしも光合成は必要でないことが分かった。一方で、葉緑体DNAは細胞内が還元的になると複製され、酸化的になると複製が行われないことを、活性酸素除去剤および誘導剤を用いた実験によって明らかにした。この結果から、葉緑体DNA複製はレドックスによって制御されていることが示された。
②葉緑体DNA複製装置を構成する因子、特にヘリカーゼおよびプライマーゼの同定を予定していたが、他のグループからシロイヌナズナにおいて葉緑体で働くヘリカーゼおよびプライマーゼの機能を持つタンパク質Twinkleが報告された。また、紅藻シアニディオシゾンには、シアノバクテリア由来のヘリカーゼおよびプライマーゼが存在していることを塩基配列データから見つけた。
③レドックスによる葉緑体DNA複製制御機構には、葉緑体核に含まれるタンパク質のジスルフィド結合が関与していることを示唆するデータが得られている。シアニディオシゾンで現在知られている葉緑体DNA複製因子について、組換えタンパク質を用いてin vitroでジスルフィド結合を形成し得るか検討した。その結果、葉緑体のDNAポリメラーゼであるPOPタンパク質およびヘリカーゼであるDnaBタンパク質は酸化的になるとジスルフィド結合を形成することが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

24年度で予定していた、葉緑体DNA複製装置の因子の探索については、in silicoでヘリカーゼおよびプライマーゼを見つけたことおよび他グループから別のタンパク質が報告されたため、実施しなかった。一方、本研究において葉緑体DNA複製のON/OFFスイッチ変換の分子機構の解明が最も重要なものである。24年度の計画では、スイッチに関与する因子の探索を予定していたが、すでに葉緑体のDNAポリメラーゼとヘリカーゼがスイッチの分子であり、その分子機構はジスルフィド結合の酸化還元である可能性を示唆するデータが得られており、おおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

今のところ組換えタンパク質を用いてin vitroで解析をしているが、25年度ではin vivoでも検証する。実際葉緑体DNAが複製しない暗所で葉緑体のDNAポリメラーゼやヘリカーゼの分子内にジスルフィド結合が形成されているのか、また明所ではジスルフィド結合が還元され切断されているのかを明らかにする。また、ジスルフィド結合を形成出来ないようなアミノ酸置換したタンパク質を細胞に導入し、葉緑体DNA複製への影響を調べる。
一方で、共生前と後でどのようにDNA複製制御機構が変わったのかを明らかにするため、当初の計画では予定していなかったが、シアノバクテリアのDNA複製制御機構についても解析を行う。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Chloroplast DNA replication is regulated by the redox state independently of chloroplast division in Chlamydomonas reinhardtii.2013

    • 著者名/発表者名
      壁谷如洋、宮城島進也
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 161 ページ: 2102-2112

    • DOI

      10.1104/pp.113.216291

    • 査読あり
  • [学会発表] 葉緑体DNA複製のレドックス制御2013

    • 著者名/発表者名
      壁谷如洋、宮城島進也
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2013-03-21 – 2013-03-23

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公開日: 2018-02-02  

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