植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで - 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究 平成22年度~26年度

A01 公募研究:個別刺激応答機

CPD光回復酵素の発現制御・局在・構造変異をモデルとした植物の紫外線環境感覚研究

研究代表者 日出間 純 東北大学大学院生命科学研究科・准教授 研究代表者ホームページ
連携研究者 寺西 美佳 東北大学大学院生命科学研究科・助教
高橋 文雄 立命館大学生命科学部・助教
谷内 哲夫 東北大学学際センター・教授

研究概要

 植物にとって太陽紫外線(UVB)による障害から身を守る防御機構は必須である。中でも、UVBによる植物生育障害の主要因である、UVB誘発DNA損傷の一つであるシクロブタン型ピリミジン二量体(cyclobutane pyrimidine dimer [CPD])を修復するCPD光回復酵素は、核、葉緑体、ミトコンドリアのDNAを有する全てのオルガネラへ移行する ”triple targeting protein”として機能し、太陽光の下で生きる植物にとって、必須の酵素である。このような紫外線防御機構は、紫外線によって応答することが知られているが、未だ紫外光に対する環境感覚に関する学術的理解は極めて乏しい。本研究では、独自に開発した紫外-可視光波長可変レーザーを導入した「一細胞顕微照射システム」を利用し、CPD光回復酵素の光発現制御、細胞内局在、構造変異とUVB抵抗性に関する研究課題を遂行し、紫外光に対する植物の環境感覚を解明することを目的とする。具体的には、以下の3課題を遂行する。
(1) 「CPD光回復酵素遺伝子(PHR)のUVB発現誘導」:本課題では、①UVB・青色・赤色光によるCPD光回復酵素発現誘導機構に関する解析、② 光発現に関与するプロモーター領域の解析、を実施する。
(2) 「CPD光回復酵素のオルガネラ移行メカニズムと細胞内局在に関する光応答反応」:核、ミトコンドリア、葉緑体移行のメカニズムを明らかにする。
(3) 「CPD光回復酵素の構造変異とUVB適応戦略機構に関する研究」:CPD光回復酵素は、有胎ほ乳類を除く全ての生物が有するフラボタンパク質であるが、生物が陸上に進出した段階で、アミノ酸配列はダイナミックに変化し、さらには植物種間でも大きく異なっている。そこで、種々の植物を材料に、CPD光回復酵素の構造と植物の生育UVB環境、UVB抵抗性との関連について解析する。

図:概念図

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