核コード転写調節因子による核-葉緑体間の時間情報伝達機構

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植物のシグマ因子は、色素体内で色素体コードの細菌型RNAポリメラーゼのプロモーター特異性を調節すると考えられ、色素体シグマ因子と呼ばれる。数年前に高等植物で最初の色素体シグマ因子のcDNAが単離されて以来、基本特性が精力的に解析され、色素体シグマ因子は光環境や発生段階に応じて色素体遺伝子を制御する可能性が示唆されてきた。代表者は、色素体ゲノムに存在する光合成関連遺伝子の日内発現の制御機構を分子レベルで解明したいと考え、ヒメツリガネゴケを用いた研究を始めた。ヒメツリガネゴケは遺伝学的な解析に適するうえ、相同組換えによる遺伝子破壊が確立されているために新たなモデル植物として注目されている。本科学研究費の交付期間中に、代表者は次の研究を行った。1)ヒメツリガネゴケの二つのシグマ因子遺伝子Sig1とSig2を単離し、葉緑体移行や光応答発現などの基本的な特徴付けを行った。2)Sig1とSig2が高等植物の主要なシグマ因子群SigAグループとSigBグループにそれぞれ進化的に関連深い事をイントロン構造の比較等により示した。3)Sig1とSig2それぞれの上流ゲノム領域を分離し、ルシフェラーゼを用いたトランジェントアッセイによりプロモーターがそれらの領域に存在し、さらに二つの遺伝子の光応答発現が転写制御に基づくことを明らかにした。4)ルシフェラーゼレポーター遺伝子を用い、遺伝子発現の変動を長期に渡り生きたコケから測定することに成功した。5)4)の実験系を用いて、いくつかの光合成遺伝子について概日時計に制御される可能性を検証した。6)PEG法による非常に効率の良い葉縁体形質転換法を確立した。7)薬剤耐性遺伝子の挿入によりSig1とSig2の破壊株を作出した。これらの結果に基づいて、植物のシグマ因子の非常に効果的な機能解析が可能になると期待できる。