種子植物の生殖に関わるRNA結合タンパク質PPRの分子進化と機能の解明

阐明参与种子植物繁殖的 RNA 结合蛋白 PPR 的分子进化和功能

• 批准号: 11J00134
• 负责人: 藤井 壮太
• 金额: $ 4.8万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J00134/
• 关键词: ミトコンドリア; 共進化; RNA代謝; RNA制御

本研究では35アミノ酸の縦列繰り返しモチーフであるpentatricopeptide repeat (PPR)タンパク質がRNAを認識するメカニズム, およびPPRファミリーの種子植物の生殖進化への関わりを明らかにすることを目的としている. 本研究ではPPRのうち, Rf-PPRと呼ばれるサブグループに着目した. Rf-PPRはPPRの中でも特に多様性が高く, ミトコンドリアのRNA配列に対応して進化してきている. アブラナ科のモデル植物シロイヌナズナを用いる事で, Rf-PPRの機能解析, 分子進化解析を行い, PPRとミトコンドリアゲノムの共進化の理解を目的とした.平成25年度は, Rf-PPRのうち, シロイヌナズナRFL2のノックアウト系統を得て機能解析を行った. トランスクプトーム解析を用いて, rf12変異体ではミトコンドリアのorf291という遺伝子由来のRNAのみが異常に蓄積することを明らかにした. 転写末端解析により, RFL2はorf291のRNAを内部で切断する機構に関与していることが示された. RNA ge1-shift assayとPPRがRNAに結合する法則性より, RFL2が高い特異性を持っと思われるorf291上の15塩基のRNA配列を明らかにした. この配列はRNA切断サイトより上流約70塩基の位置にあったため, 直接切断を行う酵素は他に存在することが示唆された. 近年, 植物ではタンパク質性のRNase P (PRORP)が発見されており, この酵素が切断活性を持っている可能性が考えられた. 従ってミトコンドリア局在のPRORPのノックダウンを行ったところ, 予想通りorf291の切断活性が抑制された. これはアダプターとなるPPRが制限酵素PRORPをRNA切断サイトに呼び込んでいる機構を示唆しており, 二分子によるRNA代謝メカニズムの存在を明らかにした.

这项研究旨在阐明五肽重复（PPR）蛋白（一种35个氨基酸串联重复基序）识别RNA及其参与PPR家族中种子植物生殖演化的机制。在这项研究中，我们专注于PPR中称为RF-PPR的亚组。 RF-PPR在PPR中特别多样化，并且随着线粒体RNA序列的响应而发展。我们使用铜科的模型植物拟南芥，对RF-PPR进行了功能分析和分子进化分析，并旨在理解PPR和线粒体基因组的共同发展。 2013年，我们获得了RF-PPR的拟南芥RFL2的淘汰线。使用跨塑料分析，我们揭示了RF12突变体中源自基因ORF291的线粒体RNA会异常积累。转录端分析表明，RFL2参与了内部切割ORF291的RNA的机制。 RNA ge1偏移测定和PPR与RNA结合，在ORF291上揭示了15碱基RNA序列，其中RFL2似乎具有高特异性。该序列位于RNA裂解位点上游约70个碱基，表明还有其他直接切割的酶。近年来，在植物中发现了蛋白质RNase P（prorp），人们认为该酶可能具有裂解活性。因此，当我们击倒线粒体局部化prorp时，ORF291的裂解活性如预期的那样被抑制。这表明了适配器PPR吸引限制酶PRORP到RNA裂解位点的机制，从而揭示了基于双莫勒分子的RNA代谢机制的存在。

项目成果

種子植物におけるpentatricopeptide repeat遺伝子ファミリーの進化

种子植物中五肽重复基因家族的进化

• 发表时间: 2011
• 作者: Yasuhisa Kondo;Seiji Kadowaki;Katsuhiro Sano;Masaki Naganuma;Kenji Nagai;Kazuya Shimogama;Hurofumi Kato;Akira Ono;Yoshihiro Nishiaki;Sota Fujii;近藤康久;藤井壮太
• 通讯作者: 藤井壮太

Member of rapidly evolving PPR subfamily cleaves RNA transcribed from active mitochondrial rearrangement site

快速进化的 PPR 亚家族成员切割从活性线粒体重排位点转录的 RNA

• 发表时间: 2013
• 作者: 近藤康久;野口 淳;三木健裕;藤井 壮太
• 通讯作者: 藤井 壮太

オルガネラ進化の色即是空と育種

细胞器进化和繁殖的颜色

• 发表时间: 2012
• 作者: 宋 苑瑞;近藤康久;小口 高;藤井壮太
• 通讯作者: 藤井壮太

Diversifying selection of pentatricopeptide repeat genes reveal a conflict between nuclear and mitochondrial genomes throughout angiosperm evolution

五肽重复基因的多样化选择揭示了整个被子植物进化过程中核基因组和线粒体基因组之间的冲突

• 发表时间: 2011
• 作者: Yasuhisa Kondo;Seiji Kadowaki;Katsuhiro Sano;Masaki Naganuma;Kenji Nagai;Kazuya Shimogama;Hurofumi Kato;Akira Ono;Yoshihiro Nishiaki;Sota Fujii;近藤康久;藤井壮太;近藤康久;Sota Fujii
• 通讯作者: Sota Fujii

A combinatorial amino acid code for RNA recognition by pentatricopeptide repeat proteins.

• DOI: 10.1371/journal.pgen.1002910
• 发表时间: 2012
• 期刊: PLoS genetics
• 影响因子: 4.5
• 作者: Barkan A;Rojas M;Fujii S;Yap A;Chong YS;Bond CS;Small I
• 通讯作者: Small I