植物の光回復遺伝子の単離解析と紫外線超耐性植物作出の基礎研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680628
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 滝本 晃一 山口大学, 農学部, 教授 (00115875)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 真野 純一 山口大学, 農学部, 助教授 (50243100) ; 村上 柳太郎 山口大学, 農学部, 教授 (40182109)
• Keywords: 紫外線 / DNA傷害 / DNA修復 / ピリミジン2量体 / 光回復 / 光回復酵素 / ホウレンソウ / 植物

Research Abstract

紫外線で誘導されるピリミジン2量体はDNA複製阻害や突然変異を誘発する。2量体のうちシクロブタン型ピリミジン2量体(CPD)が7割以上であることから、CPDの修復が紫外線によるDNA傷害に対して重要であると考えられる。本研究では植物の環境適応特性及び紫外線耐性作物作出研究の基礎とする目的で、植物のDNA修復系の1つであるCPD光回復(PR)酵素遺伝子をホウレンソウから単離してその機能解析を行なった。
デジェネレートプライマによるPCRで得られた増幅断片をもとにmRNAを逆転写したcDNAの塩基配列を調べ、RACE法によって両末端まで解析した。その結果、高等生物のclass II CPD光回復遺伝子と相同性が高かった。ゲノムDNAを鋳型にしてPCRを行い順次塩基配列を解析した。構造遺伝子全領域の塩基配列を決定し9つのエキソンから構成されていることを明らかにした。
単離した遺伝子を発現ベクターに組み込んで光回復欠損大腸菌に導入して相補性試験を行った。紫外線を照射後に蛍光灯を照射することによって菌の生存率は有意に上昇した。従って、本研究で得られた遺伝子には光回復活性があり、アミノ酸配列の相同性の結果と合わせてこの遺伝子はCPD光回復遺伝子であると考えられる。この遺伝子のコピー数は単一コピーであった。
この遺伝子の発現をホウレンソウの葉、花、茎、根で雌雄株別に調べた。両株で発現量に有意な差は認められなかったが、根での発現がいずれの株においても低かった。
紫外線は活性酸素を発生させる。植物における紫外線誘発変異を調べるための予備的研究として大腸菌での活性酸素誘発変異を調べた。グアニンのトランスバージョン型塩基置換が多かった。紫外線により抗菌作用のある脂肪酸酸化由来の不飽和アルデヒドの誘導が示唆されている。その消極系酵素の特性について調べた。

Research Products

• [Publications] Keizo Tano: "Increased base change mutations at G: C pairs in Escherichia coil deficient in endonuclease III and VIII"J. Radiat. Res.. 42.4. 409-413 (2001)
• [Publications] Junichi Mano: "The NADPH: Quinone oxidoreductase P1-ζ-crystallin in Arabidopsis catalyzes the a, b-hydrogenation of 2-alkenals : Detoxication of the lipid peroxide-derived reactive aldehydes"Plant Cell Physiol.. 43.12. 1445-1455 (2002)