作物におけるミトコンドリアから核ゲノムへの遺伝子転移の解析

作物中从线粒体到核基因组的基因转移分析

基本信息

批准号：
15780215
负责人：
久保中央
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyoto Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

植物ミトコンドリアのリボソームタンパク質遺伝子は、植物種間で比較的変異が大きいことが知られている。リボソームタンパク質S2遺伝子(rps2)は、単子葉植物イネ、コムギ、トウモロコシではミトコンドリアゲノムに存在することがこれまで明らかにされているが、多くの双子葉植物では遺伝子がミトコンドリアゲノムから消失している。イネ、コムギ、トウモロコシのrps2遺伝子は、下等植物ゼニゴケのそれと比べてC末端側をコードする領域が大きく拡張していることが知られ、このC末端拡張領域の配列はイネ、コムギ、トウモロコシの三者で全く異なっている。そこで、このC末端拡張領域の由来を知るため、コムギやオオムギ、ライムギ等を含むコムギ族に関して、rps2遺伝子の構造を解析した。植物種間で保存されている領域をプローブに用いてオオムギからrps2遺伝子を単離した。オオムギrps2遺伝子のC末端拡張領域は、イネ、コムギ、トウモロコシのいずれとも全く異なっていたが、栽培オオムギを含むオオムギ属の中では遺伝子構造がよく保存されていることが明らかになった。次に、コムギ族に含まれる約20種類の植物について調査したところ、オオムギと相同性のあるC末端領域を持つrps2遺伝子が10種あることが明らかになった。一方、コムギと相同性のあるC末端領域を持つrps2遺伝子は、調査に用いた全てのコムギ族植物に認められた。以上のことから、異なるC末端拡張領域を持つ2種類のrps2遺伝子型がコムギ族に異なって分布し、植物種によっては2種類のrps2遺伝子が混在することがわかった。DNAデータベースに対して相同性検索を行った結果、rps2遺伝子はシロイヌナズナやマメ科植物などでは核ゲノムに存在し、これらの核のrps2はミトコンドリアゲノム上のそれとは異なり、C末端に拡張領域を持たないことが推察された。

已知植物线粒体核糖体蛋白基因在植物物种之间存在较大差异。核糖体蛋白S2基因（rps2）先前被证明存在于单子叶植物水稻、小麦和玉米的线粒体基因组中，但该基因在许多双子叶植物的线粒体基因组中缺失。已知水稻、小麦、玉米的rps2基因的C端编码区较低等植物地苔的C端编码区有很大扩展，且该C端扩展区的序列与低等植物地钱的C端扩展区序列相同。低等植物地钱，三者完全不同。因此，为了了解这个C末端延伸区域的起源，我们分析了小麦家族（包括小麦、大麦和黑麦）的rps2基因的结构。使用植物物种中保守的区域作为探针从大麦中分离出rps2基因。尽管大麦rps2基因的C末端延伸区域与水稻、小麦和玉米的C末端延伸区域完全不同，但研究表明该基因结构在包括栽培大麦在内的大麦属中保存完好。接下来，对小麦科约20种植物的调查发现，有10种rps2基因的C末端区域与大麦同源。另一方面，在研究中使用的所有小麦科植物中都发现了rps2基因，其C末端区域与小麦同源。综上所述，我们发现两种具有不同C末端延伸区的rps2基因型在小麦家族中分布不同，并且两种类型的rps2基因在某些植物物种中共存。通过对DNA数据库进行同源性搜索，我们发现rps2基因存在于拟南芥和豆类等植物的核基因组中，并且这些植物的核rps2在C末端有一个扩展的区域，这与植物中的不同。线粒体基因组被推断不存在这样的东西。