研究項目及び実施体制
植物の生物時計機構の解明と光周性の人為的制御
(石浦正寛/名古屋大学遺伝子実験施設)
研究の目的
植物の生物時計と光周性の制御に関しては、本体ではない関連する遺伝子がクローニングされつつあるが、本体の分子機構は解明されていない。本研究計画の目的は、(1)時計本体の遺伝子がクローニングされている藍色細菌において、時計の分子機構を原子レベルで解明する。(2)植物の生物時計本体の遺伝子をクローニングし、時計の分子機構を解明する。(3)時計遺伝子を操作して、光周性を人為的に制御することである。
研究の内容
- 好熱性藍色細菌の時計タンパク質のX線結晶構造を解明し、藍色細菌の生物時計の分子機構を原子レベルで解明する。
- 藍色細菌において、DNAアレイ解析により生物時計による遺伝子発現制御の全体像を解明する。
- シロイヌナズナにおいて、リズム変異体を網羅的に分離し、真の時計遺伝子をクローニングし、時計の分子機構を解明する。
- シロイヌナズナやイネにおいて、時計遺伝子を操作して光周性を人為的に制御する。
主要な成果
- 好熱性藍色細菌Thermosynechococcus elongatusの時計タンパク質KaiAとKaiBのX線結晶構造を決定し、その分子機構を原子レベルで解明した。時計タンパク質KaiCの6量体ポット状構造を解明した。
- T. elongatusにおいてオリゴDNAマイクロアレイを開発した。常温性藍色細菌Synechocystis sp. strain PCC 6803において、DNAアレイ解析により生物時計による遺伝子発現制御の全体像を解明した。
- 生物発光を利用して植物の遺伝子発現をリアルタイム測定するための装置2種と制御・解析プログラムを開発した。
- シロイヌナズナで顕著な異常(無周期、短周期、長周期、位相や振幅の異常)を示すリズム変異体35種を分離し、「真の時計遺伝子」と思われる遺伝子1つをクローニングした。イネで相同遺伝子を見つけた。
見込まれる波及効果
生物時計の解明は、花芽形成や生殖期を人為的に制御することにより、食料生産や品種改良などにおいて農林水産業に多大の波及効果を及ぼす。
主な発表論文
- Iwase R, et al.: Crystalization and preliminary crystallographic analysis of the circadian clock protein KaiB from the thermophillic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus BP-1. Acta Cryst., (2004), in press.
- Onai K, et al.: Natural transformation of the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus BP-1: Simple and efficient method for gene transfer. Mol. Genet. Genomics, (2003), in press.
- Hayashi F, et al.: ATP-induced hexameric ring structure of the cyanobacterial circadian clock protein KaiC. Genes to Cells, 8:287-296 (2003)
- Burder R, et al.: Identification of a new cryptochrome class: structure, function, and evolution. Mol. Cell, 11:59-67 (2003)
- Aoki S, et al.: A-promoter-trap vector for clock-controlled genes in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. J. Microbiol Method., 49:265-274 (2002)
研究のイメージ
