研究項目及び実施体制(◎は総括研究代表者)
- 環境応答における核・ミトコンドリアのクロストークの解析
(◎平井篤志/東京大学大学院農学生命科学研究科) - 雄性不稔発現の分子機構解明
(三上哲夫/北海道大学大学院農学研究科)
研究の目的
エネルギー代謝で重要な働きをする植物ミトコンドリアにおける呼吸調節機構の解明をめざし、ミトコンドリアゲノムの全塩基配列を決定すると共に、一連の呼吸関連核遺伝子の構造も明らかにする。さらにこれらの遺伝子の低温、冠水などのストレスに応答する発現を調べる。以上を通して呼吸に依存する農業特性と考えられる作物の細胞質雄性不稔・障害型冷害・冠水抵抗性などの分子機構を解明し、その制御を試みる。
研究の内容
イネにおいて呼吸に関連する遺伝子の構造と環境に応答するそれらの発現変動をノーザン法やウエスタン法で調べ、植物の環境応答機構を解明する。特に、イネは冠水抵抗性が高い作物なので、その機構を調べる。
テンサイの正常株と細胞質雄性不稔株のミトコンドリアゲノムに含まれる遺伝情報を全て解読し、両ゲノム間の比較解析を行って雄性不稔原因遺伝子を明らかにする。また、この原因ミトコンドリア遺伝子の作用を抑えて花粉稔性の回復をもたらす稔性回復核遺伝子を、ポジショナルクローニングにより単離する。
主要な成果
- イネの冠水抵抗性がミトコンドリア型アルデヒド脱水素酵素(ALDH2)の発現による有毒なアセトアルデヒドの無毒化によることを明らかにした(図1)。
- トウモロコシで稔性回復遺伝子であるALDH2はイネでもアセチルCoA合成酵素(ACS)と共に開花期の穂で発現し、脂質合成などにより稔性に関係していることを示した(図2)。
- テンサイの正常株および細胞質雄性不稔株のミトコンドリアゲノムの全塩基配列を決め、それぞれ368,799bp、501,022bpから成ることを明らかにした。両ゲノムの全一次構造をセットで解読したのはテンサイが最初の事例である(図2)。
- 雄性不稔原因遺伝子の有力候補としてatp6プレシーケンスを見出した(図3)。また、これまで報告例のない新規のシスティンtRNA遺伝子を発見した。
- 稔性回復核遺伝子Xに近接するマー力一を含むBACクローンを得た。このクローンの解析をもとに、X遺伝子の単離が進展中である。
主な発表論文
- Kubo T., et al. : Alterations in organization and transcription of the mitochondrial genomes of cytoplasmic male sterile sugar beet (Beta vulgaris L.) : Mol. Gen. Genet., 262: 283-290 (1999)
- Arimura S., et al. : A novel plant nuclear gene coding for chloroplast ribosomal protein S9 has a transit peptide related to that of rice chloroplast ribosomal protein Ll 2 : FEBS Lett., 450: 231-234 (1999)
- Nakazono M., et al. : Expression of a gene encoding mitochondrial aldehyde dehydrogenase in rice increases under submerged conditions : Plant Physiol., 124: 587-598 (2000)
- Tsuji H., et al. : Transcript levels of the nuclear-encoded respiratory genes in rice decrease by oxygen deprivation : evidence for involvement of calcium in expression of the alternative oxidase la gene : FEBS Lett., 471: 201 -204 (2000)
- Kubo T., et al. : The complete nucleotide sequence of the mitochondrial genome of sugar beet (Beta vulgaris L.) reveals a novel gene for tRNACyS (GCA) : Nucleic Acids Res., 28: 2571 -2576 (2000)
研究のイメージ
