葉緑体発達過程における核コードσ因子の多面的機能の解析

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640641
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金丸 研吾 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助手 (90260025)
• Keywords: シロイヌナズナ / 葉緑体 / σ因子 / 転写制御 / tRNA / テトラピロール合成

Research Abstract

高等植物葉緑体の発達と機能維持には真正細菌型RNAポリメラーゼ(PEP)による色素体DNAの転写発現が必須である。PEPのプロモーター認識に必要なσ因子遺伝子(SIG1-6)は共生進化の過程で核移行している。本研究ではSIG2のT-DNA挿入変異株sig2-1を解析した。この株は緑化不全と生育不良を外見上示し、クロロフィルが減少し、葉緑体が未成熟で既知のPEP依存性光合成関連遺伝子産物が激減していた。しかし予想に反し、色素体DNA上の光合成関連遺伝子の転写量にはほとんど変化がなく、複数の色素体DNAコードのtRNAの発現が減少していた。これらtrn遺伝子上流には植物で高度に保存された真正細菌型プロモーター配列が見つかり、tRNA-Gluも含まれていた。葉緑体でのテトラピロール合成には、「グルタミン酸+tRNA-Glu→アミノレブリン酸(ALA)→Proto IX→クロロフィル(Mgが配位)又はヘム(Feが配位)」という独特のC5経路が使われている。つまりtRNA-Gluは反応の初期律速分子であり、その転写制御の機構解明の意義は大きい。葉緑体形成過程では光合成系タンパク質とクロロフィルの爆発的かつ協調的合成が必要だが、私は、SIG2こそが共役制御因子であり、SIG2が作動してはじめて葉緑体が正常に発達するという新概念を提唱した。その証明としてさらに、sig2-1株ではクロロフィル合成中間体が顕著に減少しており、それが外からのALA添加で回復することを確認した。さらに、sig2-1株は近赤外光下で胚軸伸長を示し、やはりALA添加で相補されることがわかった。これは近赤外光センサーPHYA蛋白質の活性中心(クロモフォア)がヘムの不足で十分量できないことによるSIG2欠損の多面効果のひとつと考えられる。方、サイトカイニンはクロロフィルとtRNA量を増加させて葉緑体の緑化を促進するが、SIG2の転写がサイトカイニンで誘導されることも確認した。次年度は、全遺伝子の4割をカバーするcDNAマクロアレイを用いて核遺伝子の発現への影響を網羅的に解析する。

Research Products

• [Publications] K.Kanamaru, A.Nagashima, M.Fujiwara, et al.: "An Arabidopsis sigma factor (SIG2)-dependent expression of plastid-encoded tRNAs in chioroplasts"Plant & Cell Physiology. 42(10). 1034-1043 (2001)