C4光合成に関与するPEPカルボキシラーゼ遺伝子の細胞タイプ特異的発現の分子機構

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C4植物であるトウモロコシのPEPカルボキシラーゼ(PEPC)遺伝子は少なくとも三つ存在し、各メンバーは、根、緑葉、黄化葉などで互いに異なった組織特異的な発現をしていると考えられている。とくに、C4光合成に関与するPEPC遺伝子は葉肉細胞において強く発現され、維管束鞘細胞では発現されないので両細胞の分化による発現制御を解析する上で良いモデル系といえる。本研究は各々のPEPC遺伝子のプロモーター領域を同定することを目的とする。本年度の研究成果を以下に記す。1.すでに得ている4種類の染色体DNAクローンのうち三つ(λM324、λM21、λM91)は、C4光合成のPEPCcDNAの5'-非翻訳領域とほぼ完全に一致する塩基配列をもち、かつ転写開始始点を含むことがわかった。2.上記の三つのクローンについて転写開始点の上流約1.2kbの塩基配列を決定した。その結果、λM324は他の二つとは全く異なっていたが、λM21とλM91は互いによく似ていることがわかった。詳細なサザン・ハイブリダイゼーション解析によって、λM324がC4光合成のPEPC遺伝子のプロモーター領域を含むクローンであることが明らかとなった。3.黄化葉および根からもmRNAを調整し、各々についてcDNAライブラリーを作成した。4.根のcDNAライブラリーから根において最も強く発現しているPEPC遺伝子の部分長cDNA(約900bp)をクローン化し、塩基配列を決定した。翻訳領域の塩基配列およびそれから導かれるアミノ酸配列はC4光合成のPEPCと約80%の相同性を示したが、3'-非翻訳領域では、全く相同性はなかった。後者のDNA断片はたがいにハイブルダイズせず、それぞれの遺伝子の特異的プローブとなり得ることがわかった。これらのプローブによって両遺伝子がそれぞれ1コピー存在することがわかった。