葉緑体においてクロロフィルbの合成量を調節するフィードバック機構の解析

高等植物において、クロロフィルbは効率よく光を集めるために重要な色素である。その合成量はクロロフィリドaオキシゲナーゼ(CAO)の活性によって調節される。高等植物のCAOは、Aドメイン(CAO自身の蓄積量を制御する領域)、Bドメイン(長さのみが保存されている領域)、Cドメイン(活性中心を含み酵素反応を行う領域)と名付けられた三つのドメインから構成されており、CAOの活性制御は、CAO自身の蓄積量がAドメインによって調節されることで行われている。しかし、そのAドメインを介したCAOの蓄積量制御の生理的意義や、その蓄積量制御の分子機構について明らかにされていなかった。本研究は、CAOの蓄積量制御がクロロフィルbによってフィードバックを受ける機構を明らかにするために、CAO遺伝子の発現を熱誘導性プロモーターで制御すると同時に、Aドメイン-GFP融合遺伝子を強制発現するシロイヌナズナ形質転換株を作成・解析した。その結果、作成したシロイヌナズナ形質転換株において、クロロフィルbの蓄積量を熱処理によって変化させることに成功した。しかし、Aドメイン-GFP融合タンパク質を検出できなかったため、フィードバック機構の解明には至らなかった。一方で、Aドメインによる蓄積量制御の分子機構の解析に有効である、Aドメインに対してランダムミュータジェネシスを行ったシロイヌナズナ形質転換株の作成・選抜方法を確立した。さらに、CAOの蓄積量制御の生理的役割を明らかにするために、Aドメインを除去したCAOまたは全長のCAOを強制発現するシロイヌナズナ形質転換株の緑化過程を詳細に解析した。その結果、AドメインによるCAOの蓄積量の制御機構が、緑化過程のシロイヌナズナ発芽種子を光阻害から防御する役割をもつことを明らかにした。

高等植物において、クロロフィルbは効率よく光を集めるために重要な色素である。その合成量はクロロフィリドaオキシゲナーゼ(CAO)の活性によって調節される。高等植物のCAOは、Aドメイン(CAO自身の蓄積量を制御する領域)、Bドメイン(長さのみが保存されている領域)、Cドメイン(活性中心を含み酵素反応を行う領域)と名付けられた三つのドメインから構成されており、CAOの活性制御は、CAO自身の蓄積量がAドメインによって調節されることで行われている。しかし、そのAドメインを介したCAOの蓄積量制御の生理的意義や、その蓄積量制御の分子機構について明らかにされていなかった。本研究は、CAOの蓄積量制御がクロロフィルbによってフィードバックを受ける機構を明らかにするために、CAO遺伝子の発現を熱誘導性プロモーターで制御すると同時に、Aドメイン-GFP融合遺伝子を強制発現するシロイヌナズナ形質転換株を作成・解析した。その結果、作成したシロイヌナズナ形質転換株において、クロロフィルbの蓄積量を熱処理によって変化させることに成功した。しかし、Aドメイン-GFP融合タンパク質を検出できなかったため、フィードバック機構の解明には至らなかった。一方で、Aドメインによる蓄積量制御の分子機構の解析に有効である、Aドメインに対してランダムミュータジェネシスを行ったシロイヌナズナ形質転換株の作成・選抜方法を確立した。さらに、CAOの蓄積量制御の生理的役割を明らかにするために、Aドメインを除去したCAOまたは全長のCAOを強制発現するシロイヌナズナ形質転換株の緑化過程を詳細に解析した。その結果、AドメインによるCAOの蓄積量の制御機構が、緑化過程のシロイヌナズナ発芽種子を光阻害から防御する役割をもつことを明らかにした。