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遺伝子破壊による葉緑体遺伝子の機能解析

通过基因破坏进行叶绿体基因的功能分析

基本信息

批准号：
10170223
负责人：
鹿内利治
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Nara Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10170223/
关键词：
葉緑体形質転換遺伝子破壊プロテアーゼ ATP依存的プロテアーゼ

项目摘要

葉緑体ゲノムにコードされるATP依存的プロテアーゼの活性サブユニット遺伝子clpPは、細胞機能に必須で、タバコ葉緑体形質転換による完全な遺伝子破壊は不可能であった。破壊株は、50%の正常なclpPを持つにもかかわらず、葉の構造に著しい異常を示した。clpP破壊株緑葉の葉緑体の構造を電子顕微鏡により観察したところ、同一細胞内に正常な葉緑体と巨大なグラナ様の構造からなる異常な内膜溝造を持つ小型葉緑体が混在することが確認された。また蛍光顕微鏡による観察から、この異常葉緑体に対応すると思われる小型でクロロフィル蛍光の高い葉緑体が、葉組織全体に分布することが確詔された。異常葉緑体は全体の約20%を占めるが、細胞により異常葉緑体の含まれる割合が異なっていた。またクロロフィル蛍光の誘導パターン及びクロロフィルa/b比から、電子顕微鏡で観察された異常な内膜構造が、光化学系IIを多く含むグラナ様の性質を持つことが示唆された。メリステム周辺の細胞では、一様に内膜が膨潤した異常なプラスチドが観察された。またメリステムを囲む非常に若い葉では正常な若い葉緑体に混じって、ストロマラメラが網目状につながった内膜構造を持つ葉緑体が観察された。このことから、葉緑体の分化に伴い内膜溝造の回復がおこる一方、一部の葉緑体でグラナ様異常内膜構造への転換が起こると考えられる。また暗所で展開させた葉では、野生株で見られるエチオプラストの代わりに、小胞状の顆粒を蓄積するプロプラスチド様の構造が観察された。また緑化にともない正常な若い葉緑体と混じって、膨潤した内膜が数層に積み重なる構造が確認された。以上の結果から、clpPは葉緑体分化過程の少なくとも2つのステージ、(1)葉緑体分化のごく初期と(2)グラナの成熟が起きる時期に機能し、正常な内膜構造の形成に必須であることが明らかになった。

Chloroplast DNA is an ATP-dependent protein that is essential for cell function. It is impossible to completely reverse the DNA sequence. 50% of the leaves are normal and abnormal. The structure of chloroplasts in green leaves of clpP plants was observed by electron microscopy, and the structure of normal chloroplasts and giant chloroplasts in the same cell was confirmed to be abnormal. The results of microscopical examination of chloroplasts showed that there was no significant difference in the distribution of chloroplasts and leaves. About 20% of the abnormal chloroplasts were isolated from the cells. The structure of abnormal membrane was observed by electron microscope, and the properties of photochemical system II were observed by electron microscope. The cells in the periphery of the membrane are swollen and abnormal. In addition, the structure of chloroplasts in the inner membrane of the leaves is very similar to that in the normal leaves. The differentiation of chloroplasts is accompanied by the restoration of the inner membrane groove. The structure of the leaves and wild plants was observed. The structure of chloroplasts, which are normally green and swollen, is confirmed by the accumulation of several layers. As a result, clpP is essential for chloroplast differentiation,(1) chloroplast differentiation,(2) chloroplast maturation, and (3) formation of normal inner membrane structure.