植物の環境適応性の改良に向けての減数分裂期細胞特異的エンハンサーの解析

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ミトコンドリアの機能発現が植物の環境適応性に関与している可能性について調べ、組織や発育ステージ、特に冷害を影響を受けやすい時期である減数分裂期や、発芽の初期における遺伝子発現の制御の機構を明らかにするという観点から研究を行った。当初に予定していた形質転換体を用いた解析によっては有意な結果を得ることができなかったが、この研究課題に関して、以下のような成果を得た。これまでの研究の過程で、イネにおいて核ゲノムにコードされ、ミトコンドリアへ輸送されて機能するタンパク質である、Rieske Iron-Sulfur Protein(RISP)、F1-ATP合成酵素のδ'とεサブユニットのcDNAをそれぞれ単離し、その構造解析をおこなうとともに、ノーザン解析によって、その発現レベルが減数分裂期に高いことを明らかにしたが、つづいて、減数分裂期での発現をより詳細に解析する目的から、in situハイブリダイゼーションによりイネの幼穂での発現を調べた。その結果、減数分裂期では、タペート細胞および、やがて花粉粒になる部位で高い発現がみられるが、花粉の成熟期になると、タペート細胞では依然として発現がみられるのに対し、花粉粒では減数分裂期に比べて発現が抑えられていることが明らかになった。また、これらの遺伝子のイネ幼植物体の根・葉における発現を調べたところ、根・葉両者において発芽後2日目に高い発現がみられ、その後、植物の生長に従って発現レベルは低下した。この発現パターンはミトコンドリアにコードされている遺伝子であるcob、atp1、atp9でも同様に見られ、核とミトコンドリア間で協調的な発現制御が行われていることが明らかとなった。一方、低温によってミトコンドリアコードの転写産物量が増加し、それには細胞内のミトコンドリアの数の制御が関わっているということを、イネ科牧草であるペレニアルライグラスを用いて明らかにした。