酸素耐性型窒素固定系を葉緑体へ導入することによる窒素固定植物の作出

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酸素に対して耐性である窒素固定系を有する単細胞藍藻Synechococcus sp.Miami 043511株におけるニトロゲナーゼ構造遺伝子に関して、その遺伝子構造の解明と遺伝子発現制御の解析を行った。そこで、まず、これまでに明らかとなっているAnabaena sp.の塩基配列を元にデザインしたPCRプライマーを用いてPCR法によりnifH、nifD、nifKの3つの遺伝子についてクローニングを行い、ニトロゲナーゼ構造遺伝子の全配列を決定し、他の窒素固定生物との相同性を検討した。その結果、3つの遺伝子産物とも、他の窒素固定生物と極めて相同性が高いものであった。しかしながら、遺伝子間領域の塩基配列はまったく異なる配列であった。さらに、この領域には同-7塩基対が4回繰り返すという特徴がある配列が見つかった。これらのことから、他の窒素固定生物とは蛋白質としては、同様の性質を有する可能性が考えられるが、遺伝子発現制御機構は異なっていることが考えられる。したがって、窒素固定系が酸素耐性であることの理由が、酵素自体の性質によるのではなく、別の機構によってもたらされていることが考えられる。また、12時間明期12時間暗期の明暗周期培養条件下で、ニトロゲナーゼの構造遺伝子の発現の様子について、ノーザン・バイブリダイゼーションにより調べたところ、暗期になる直前(暗期0時間)にのみ発現していることが分かった。このことから、遺伝子発現は明期から暗期への環境変化によって誘導されるのではなくて、細胞周期により発現が制御されていると考えられる。また、ニトロゲナーゼ構造遺伝子はnifHDKが一つのオペロンとして転写されていることが明らかとなった。現在、これらの窒素固定関連遺伝子を植物に導入することを考えている。