植物の光合成遺伝子システムに特有なコアプロモーター構成の起源と役割

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14014216
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 小保方 潤一 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 助教授 (50185667)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中邨 真之 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 助手 (60322145)
• Keywords: 光合成遺伝子 / 転写制御 / プロモーター / コアプロモーター / 調節プロモーター / 進化 / TATAボックス / 葉緑体ゲノム

Research Abstract

植物の核遺伝子の多くはコアプロモーターの成分としてTATAボックスをもっているが、光合成遺伝子群にだけはTATAボックスがあまりみられない。光合成核遺伝子の大部分はもともとは原核型の葉緑体ゲノムにコードされていたものが、進化の過程で核ゲノムに転移し、そこで新たに真核型のプロモーターを獲得したと考えられている。本研究では、光合成遺伝子群が特有なコアプロモーター構成をもつ理由を、その起源と役割の二つの側面から検討する。本年度は、光合成遺伝子プロモーターについて、(1)構造的特徴の検討、(2)キメラプロモーターを用いた機能解析、(3)核ゲノム中でのプロモーター獲得過程を再現する実験系の確立、の3点を中心に研究を進めた。主な成果は以下のとおりである。
(1)光合成膜タンパク質遺伝子のプロモーターをシロイヌナズナやイネを材料に詳細に解析した結果、光合成装置は、葉緑体ゲノムにコードされている反応中心サブユニットの周囲をTATA-less型核遺伝子の産物が取り囲み、さらにその周辺部にTATAボックス型核遺伝子の産物が位置している、という階層的な構造をもつことが明らかになった。
(2)光合成遺伝子をはじめとする植物遺伝子群からコアプロモーター領域と調節プロモーター領域を取り出し、それらを組み合わせたキメラプロモーターの機能をタバコやイネで解析した。その結果、植物の核遺伝子のコアプロモーターと調節プロモーターの間には、少なくとも3種類の適合性群があり、その群を超えた組み合わせでは適切な転写調節が生じないことが明らかとなった。この知見は、コアプロモーターの類型は遺伝子の発現制御機構と深い関わりのあること示している。
(3)シロイヌナズナの遺伝子トラッピング系統約350について外来遺伝子の挿入部位や発現の有無を解析し、核ゲノム中で偶発的に生じる新規プロモーターの構造的特徴を明らかにした。

Research Products

• [Publications] T.Miyamoto, J.Obokata, M.Sugiura: "Recognition of RNA editing sites is directed by unique proteins in chloroplasts : Biochemical identification of cis-acting elements and trans-acting factors involved in RNA editing in tobacco and pea chloroplasts."Molecular and Cellular Biology. 22巻. 6726-6734 (2002)
• [Publications] M.Matsuo, J.Obokata: "Dual roles of photosynthetic electron transport in Photosystem I biogenesis: Light induction of mRNAs and a chlomatic regulation at post-mRNA level"Plant and Cell Physiology. 43巻. 1189-1197 (2002)
• [Publications] I.Sherameti, M.Nakamura, Y.Y.Yamamoto, T.Pfannschmidt, J.Obokata, R.Oelmueller: "Polyribosome loading of spinach mRNAs for photosystem I subunits is controlled by the photosynthetic electron transport : A crucial cis-element in teh spinach PsaD gene is located in the 5'-untranslated region"The Plant Journal. 32巻. 631-640 (2002)
• [Publications] 小保方潤一: "葉緑体から核へ移った遺伝子-新しい発現制御系はどのように生まれたか?"遺伝. 56巻4号. 73-77 (2002)
• [Publications] K.Hasegawa, Y.Yukawa, J.Obokata, M.Sugiura: "The tRNALeu-like sequence within the promoter of an Arabidopsis clock-regulated gene is functional: efficient transcription by an RNA polymerase-III dependent in vitro transcription system"Gene.. (印刷中). (2003)
• [Publications] T.Sasaki, Y.Yukawa, T.Miyamoto, J.Obokata, M.Sugiura: "Identificatioin of RNA editing sites in chloroplast transcripts from the maternal and paternal progenitors of tobacco (Nicotiana tabacum) :comparative analysis shows the involvement of distinct trans-factors for ndhB editing"Molecular Biology and Evolution. (印刷中). (2003)