プラスチドにおけるテトラピロール生合成とオルガネラ機能のポストゲノム解析

质体中四吡咯生物合成和细胞器功能的后基因组分析

基本信息

批准号：
19039018
负责人：
河内孝之
金额：
$ 2.69万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

植物細胞は、組織や環境に応じて、プラズチドの機能発現が高度に制御されている。DNAをもつプラスチドの機能制御には、核とプラスチドの協調的な遺伝子発現制御が重要である。本研究では、ヘム・ビリンの代謝異常がフィトクロム変異表現型以外にプラスチドシグナル異常を示すことに注目し、これらの系統のテトラピロールとプラスチド機能制御について解析した。また、陸上植物の進化の鍵となる苔類ゼニゴケに注目し、葉緑体ゲノム複製や維持に関してオルガネラ研究の新たな展開を探った。hy1やhy2などのビリン生合成変異は、フィトクロム機能欠損となるが、CAB遺伝子の発現を指標にみるとgun表現型として知られる機能が見える。フィトクロム発色団として機能しないフィコエリトロビリンの合成酵素の発現により代謝を撹乱した系統においてCAB発現を解析した。この系統は、胚軸伸長に加えて、gun表現型も保持していた。これはヘムプールの蓄積によるフィードバックによってテトラピロール代謝が制御されるためビリン生合成変異はgun表現型を示すという説明、すなわち、ヘムブランチの効果は間接的であるという従来の説明に矛盾する結果であった。ゼニゴケの実験系では、プラスチドDNA上の複製に関連する領域を特定するために、二次元電気泳動を用いた構造解析を行った。プラスチドDNAには、恒常的に機能する複製開始点は存在しない可能性と、複製フォーク障壁として機能する構造がゲノム存在することがわかった。また、ゼニゴケプラスチド形質転換により、雌雄のプラスチド形質転換系統を準備し、野生型と交配した。導入遺伝子による薬剤耐性を指標としてゼニゴケの母性遺伝が明確に示された。プラスチドDNAを定量したところ、精子形成時期にコピー数が著しく減少し、精子では数コピーのDNAが検出されるに過ぎなかった。これは、精子のプラスチドDNA含量の低さが母性遺伝の要因であることを示している。

在植物细胞中，质粒的功能表达受到组织和环境的高度调控。细胞核和质体之间基因表达的协同控制对于控制携带DNA的质体的功能非常重要。在本研究中，我们重点关注血红素-绒毛蛋白代谢异常除了光敏色素突变表型外还表现出质体信号异常的事实，并分析了这些菌株中四吡咯和质体功能的调节。我们还重点关注了在陆地植物进化中发挥关键作用的地钱，探索了叶绿体基因组复制和维持的细胞器研究新进展。绒毛生物合成中的突变（例如hy1和hy2）会导致光敏色素功能丧失，但当以CAB基因表达作为指标时，可以看到一种称为枪表型的功能。在一个菌株中分析了 CAB 的表达，该菌株的代谢受到藻红素合酶表达的干扰，而藻红素合酶不起光敏色素发色团的作用。除了下胚轴伸长之外，该品系还保留了枪表型。这一结果与 bilin 生物合成突变表现出枪表型的解释相矛盾，因为四吡咯代谢是由血红素池积累的反馈控制的，这与血红素分支的影响是间接的传统解释相矛盾。在地钱实验系统中，我们使用二维电泳进行结构分析，以识别质体 DNA 上的复制相关区域。研究发现，质体 DNA 可能没有持续发挥作用的复制起点，并且存在充当复制叉屏障的基因组结构。此外，通过地钱质体转化制备雄性和雌性质体转化系并与野生型杂交。以导入基因的耐药性为指标，清楚地证明了地钱的母系遗传。质体DNA的定量显示，在精子发生过程中，拷贝数显着减少，在精子中仅检测到少量DNA拷贝。这表明精子质体DNA含量低是母系遗传因素。