Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

イネ / 葉緑体 / リボソームタンパク質遺伝子

本研究では、葉緑体機能を改変し育種的に利用するための基礎的な知見を得るために、核にコードされている葉緑体のリボソームタンパク質サブユニットの遺伝子をクローン化し、転写調節領域・トランジット配列・RNAのプロセッシングを明らかにすることを目的としている。
イネ葉緑体のリボソームタンパク質L12の遺伝子は、進化の過程で葉緑体ゲノムから核ゲノムへ移行したと考えられている。当初の計画では、タバコのrpl12遺伝子のcDNAクローンを利用して、イネのrpl12遺伝子をクローン化する予定であった。しかし、rpl12をプローブとしてイネのDNAに対しサザンハイブリダイゼーションを試みたが、タバコ由来のプローブにハイブリダイズするシグナルは得られなかった。また、イネの幼植物体からmRNAを抽出し、ノーザンハイブリダイゼーションをおこなった結果からも、イネの転写産物は検出できなかった。これは、タバコの配列とイネの配列の間のホモロジーが低いためであると考えられた。
新たにライムギでrpl12遺伝子の塩基配列が報告されたので、ライムギとタバコの間でrpl12の塩基配列のホモロジーを調べた。その結果、rpl12の塩基配列はタバコとライムギの間で大きく異なっていることがわかった。これは、葉緑体に存在するリボソームタンパク質遺伝子の塩基配列の保存性が高いことと対照的である。スクリーニングに用いるプローブを得るために、rpl12の塩基配列で、ライムギとタバコで保存性の高い180bpをもとに、イネのmRNAをテンプレートとしてRTPCRでイネの配列を増幅した。その結果、目的の長さの断片が増幅され、この断片をクローン化して塩基配列を決定しrpl12遺伝子の一部であることを確認した。現在、イネのcDNAライブラリーの作成が終了し、rpl12の遺伝子のスクリーニングをおこなっている。
また、ミトコンドリアから核へ移行した配列の解析も平行しておこなった。イネのミトコンドリアに存在するプラスミド様DNAは、核のゲノム内に相同配列が存在する。これらの相同配列は、葉緑体のリボソームタンパク質遺伝子と同様に、オルガネラから、核へ移行したのではないかと考えられた。これらの核に存在する相同配列をRFLPマッピングしたところ、第8染色体と第1染色体の特定領域に集中して存在することが明らかとなった。

葉 / 老化 / 光制御 / タンパク質分解 / クロロフィル / 光合成 / 葉緑体 / イネ

1.葉の老化に伴ってタンパク質が分解され、葉の窒素含量が低下する。通常の植物ではタンパク質分解に対する葉齢と被陰の影響を分離できない。そこで、横に這わせたつる植物(セイヨウアサガオ)を用い、葉を同一光条件で育てることにより、葉齢に伴って窒素含量は低下すること、しかし、葉の置かれた光環境がより強い制御作用を持ち、光強度の低下とともに葉の窒素含量が低下することを見出した。
2.群落状に生育させたイネを用い、さらに光の制御作用を詳しく解析した。上部の葉により被陰された古い葉は、強い光強度下で測定した最大光合成活性は次第に低下するものの、光を吸収し、利用する効率は高く維持されていることを見出した。したがって、葉は暗くなった光環境に順化しながら光合成を行なっていると考えられる。さらに、この光合成系の順化的な変化は、被陰によって暗くなる光環境自身が信号となって起きる現象であることが見出された。光の吸収、利用に関与する集光性クロロフィルタンパク質や系Iと系IIの光化学反応中心の分解は非常に弱い光で抑えられるので、被陰されてもかなり安定に存在する。一方、光合成の暗過程に関与するRuBPカルボキシラーゼやATPaseなどの分解抑制には強光が必要であり、このため、少し暗くなるとその分解が進行する。そして、前者は主としてフィトクロム系により制御されており、後者はフィトクロム系、光合成系の他に青色効果も関与する非常に複雑な反応系で調節されていることが示された。
3.上記の結果と関連して老化の進行に伴い、葉緑体の数も大きさも供に減少し、このため葉緑体の量が大きく減少することが示された。

【研究分担者】
園池公毅	東京大学	理学部	助手	(Kakenデータベース)
寺島一郎	東京大学	理学部	助手	(Kakenデータベース)