植物生理学(長谷研究室)



トップページ 研究内容 業績 メンバー フォトギャラリー 問合わせ
 

  葉緑体シグナルと光形態形成の関係

 光形態形成では、光とフィトクロムなど光受容体を介したシグナルネットワークによる遺伝子の発現調節が必要だが、このとき葉緑体が正しく発達しないと光形態形成が適切に行われない。例えば、暗所から急激に強光環境にさらされると、葉緑体が酸化ストレスを受けてフックや子葉の展開が抑制される。また、薬剤投与によって葉緑体の翻訳・転写・DNA複製を抑制すると、光シグナルがあっても黄化芽生えと同様な形態を示す(下図左)。これは、光合成や物質代謝の低下による植物のフィットネス低下が直接の原因ではなく、葉緑体に由来する「葉緑体(プラスチド)シグナル」が細胞内の光シグナルネットワークによる遺伝子発現制御の最適化に必要だからである。葉緑体シグナル因子を欠損したgun1突然変異体は、このような条件下でもほぼ正常な光形態形成を示す(下図左)。これまで、双子葉植物において光形態形成を引き起こす光受容器官は子葉であり、子葉における局所的応答が全身に伝わって光形態形成が進行するとされてきた。そのため、葉緑体シグナルと光シグナルネットワークの相互作用も子葉に限定されると考えられてきた。しかし最近、シロイヌナズナでは、子葉以外に子葉柄やフック自身も光受容器官として働くことが分かってきた(未発表データ)。つまり光形態形成には光を受容した器官で起こる自律的応答と、そこから送られたシグナルによって他の器官で起こる非自律的応答の2種類の制御があると考えられる(下図右)。葉緑体シグナルも器官自立的応答だけでなく、非自律的応答に関わる可能性が考えられるため、それぞれの応答における光受容体シグナリングとの相互作用機構を調べている。さらに、gun1変異体において、GUN1機能を局所的に回復させる事で器官特異的に働く葉緑体シグナルの解析をすすめている。


 

  葉緑体シグナルとは

  植物細胞内に存在する色素体やミトコンドリアは、その昔、宿主である原始真核細胞にラン藻および好気性細菌が細胞内共生して生じたと考えられている。真核細胞体制の成立に伴い、これら共生細胞がもつ大部分の遺伝情報は宿主細胞の核に水平移動し、維持されてきた。このような共生関係から、オルガネラは細胞核に従属した存在と考えられがちである。しかし一方でオルガネラが細胞核の機能(転写やDNA複製)をコントロールすることも知られており、細胞の正常な機能にはオルガネラと核の密接な相互作用(情報交換)が重要である。我々は、特に葉緑体から核への情報伝達(葉緑体シグナル)に着目し、その解析を進めている。  この伝達系にはプラスチドに存在するクロロフィル合成系が関与する経路と、プラスチド遺伝子の転写・翻訳、さらにレドックスが関わる経路があると考えられているが、その詳細は依然不明である。我々が特に興味を持って解析しているのは、テトラピロール合成・プラスチドシグナル・アブシジン酸の受容など多彩な機能をもつMg-chelatase(GUN5)である。我々は現在、シロイヌナズナを用い、Mg-chelatase突然変異体アリルおよび改変型遺伝子を用い、Mg-chelataseの構造-機能の解析を進めている。過剰発現によりプラスチドシグナリングに異常を示す変異体スクリーニング(FOXハンティング)を行い、多数の新規遺伝子を同定・解析している。  一方、プラスチドシグナル伝達に関わるもう一つの中心的な遺伝子であるGUN1(葉緑体局在型PPR, pentatricopeptide repeat proteinのひとつ)については、緑藻類に相同遺伝子が存在せず、植物が陸上化に伴って進化してきたと考えられる。そこで、分類学的に陸上植物の基部に位置するゼニゴケを用い、高等植物のGUN1との比較を行うことで、その機能の進化について解析を進めている。





Copyright © 2017  植物生理学(長谷研究室) All rights reserved.