葉緑体 新 いタン 質合 分子機構 発見
—— 遺伝子 中央 合 始 ——
〜葉緑体 医薬品製造 植物育種 基盤〜
古屋大学 杉浦昌弘 特別教授 古屋市立大学大学院 自然科学研 究科 湯川眞希 研究員 植物 細胞 中 あ 葉緑体 タン
質 合 今 知 い た全く新 い合 機構 働い
い 発見 そ 分子機構 明 た
タン 質 遺伝子 合 た ッ ン ャ RNA(mRNA) 情報 従
細胞内 作 今 タン 質 作
機構 mRNA 端 遺伝 号 従 対応 酸 順 結合
タン 質 合 い た 葉緑体内
あ mRNA 異 機構 使 そ タン 質 合 た
多く出来 発見 そ 分子機構 解明 た
将来 果 葉緑体 医療用タン 質 大 生産や
生産性 高い作物や林木 育種 炭酸 吸収能 高い環境浄化植物
や藻類 く 可能 期待
研究 果 2013年3 18日以降 米国科学 紀要(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)電子版
掲載
報道 解禁日 い ：
米国科学 紀要 規定 Embargo うけ 記
扱い 注意 願い Embargo解禁日 米国東部標 準時3 18日午後3時 日本時間 3 19日午前5時以降
＜研究 背景 経緯＞
人 含 全 生物 生存 植物 持 物質生産能 依存 い
生産 場 植物 持 細胞 器官 葉緑体 太陽
大気中 炭酸 水 機物 合 酸素 大気中 放
出 合 行い 植物 無限 太陽 使うた 地球
唯一 再生可能 資源 あ 時 地球環境 保全 主役 あ
葉緑体 独自 持 い 々 1976年 植物科学 実験系
古く 多用 たタ 植物 医学分 け 対応
用い そ 葉緑体 塩基配列 解析 着手 た 十数 共 研究者 10年 年 け そ 全塩基配列 世界 駆け決定
1986 発表 た(図 )
果 植物科学 中心課題 あ 合 研究 的手法
入 道 開 葉緑体 配列 合 関与 分 々 明
た 植物分子生物学 いう新 い分 創設 個々 遺伝子 単離 解析 いく従来 常法 逆
全配列 決 遺伝子 探 方 著 く効率的 世 示 た
そ 後 や 大型 解 支え 拠
言葉 生 た 科学 いう新 い分
創設 関与
い 国際的 葉緑体 発現 働 研究 主流 た
分子機構 解明 遅々 進 た 閉塞状況 打破
た 々 タ 葉 葉緑体 単離 そ 抽出液 用い 遺伝子 情 報 タン 質 合 過程 確 試験管内 再現 系 開発
挑 世界 功 た 図 技術 試験管内タン 質
合 系 葉緑体 タン 質合 機構 分子 ベ 解明
欧米 技術習得 何人 来 た 注 参照
＜研究 内容＞
タ 葉緑体 79種 タン 質 遺伝子 あ 図 今回使 た ndhC ndhK いう2種 遺伝子 葉緑体 合 機能 関与 NADH脱水素酵素 呼ぶ22種以 分 大 酵素複合体 あ
遺伝子 NdhC NdhK いう タン 質 分 情報 持 い 遺伝子 由来 mRNA 図 う タン 質 情報 一
部 配置 い タン 質 図 NdhC 合
右 NdhK 合 く
タン 質 い 常 酵素 出来 そ
々 開発 た 試験管内タン 質合 系 使 詳細 調 た
今 通 タン 質 機構 合
全く違 異 機構 図 機構I 機構II 合
mRNA 中央部 開始 号 あ そ 機構II 始 発
見 た 機構II 等 細菌 高等 至 今 知
い た
＜今後 展開＞
今回 果 葉緑体 学 呼 葉緑体 医療用タン 質や食用ワ
チン 生産 分 大 く寄与 期待
果 基盤 将来 合 機能 強化 生産性 高い作 物や林木 た炭酸 多く吸収 環境浄化植物や藻類 く 地球温
化防 役立 期待
＜用語解 ＞
葉緑体： 色素 太陽 吸収 そ 使
温室効果 主体 あ 炭酸 炭水化物 合 人 含 動物 葉緑体 作 炭水化物 酸素 生 い
ッ ン ャ RNA(mRNA)： (DNA) 遺伝子 全部 持 い
必要 遺伝子 選 そ 情報 ッ ン ャ RNA(DNA 別 酸) 移 mRNA 初 あ 開始 号(AUG) タン 質 合
葉緑体 学：タ 葉緑体 配列決定 け 米国 タ 葉緑体
遺伝子 入 技術 開発 た そ 配列 タ 遺
伝子 入法 合体 新 い 葉緑体 学 分 出現 た 遺伝子 入 違 う 大 利点 持
(1) 特定部 遺伝子 入
(2) 葉緑体 数 著 く多いた タン 質合 極 高 い
(3) 母性遺伝 た 花粉 入 生態系 乱 い
あ 従 国際的 多く 参入 ン ュ
ンやワ チン 医療用タン 質 業用や診断用酵素類 合 功 い 植物生産性増強 炭酸固定能 増強や代謝産物 増 除草剤や害虫 耐性 耐病性 耐乾燥性 耐塩性 付与や汚染物質浄化能 付
与 試 い 近年 タ 以外 や タ 遺伝
子 入法 開発 食用ワ チン 実用化 道 開 た 葉緑 体 学 最大 点 入 た外来遺伝子 特 動物由来 遺伝子 目
的 タン 質 う く合 い場合 多い あ 葉緑体
タン 質 合 機構 十分解明 い い 今回 う 基
礎研究 通 葉緑体 学 基盤 確立 用物質
生産 地球 温 化防 や 源 依存度 要求 合い
新 い 世代 ン 植物産業 中 期待
論文
“An additional pathway to translate the downstream ndhK cistron in partially overlapping ndhC-ndhK mRNAs in chloroplasts”
(葉緑体 部分的 複 た mRNA 流遺伝子 翻訳 た う 機構)
図 タ 葉緑体 遺伝子地図 環状 本鎖DNA 79種 タン 質 遺伝子 35種 RNA 遺伝子 持 遺伝子産物 機能別 色 分け い
図 試験管内タン 質合 系 概念図
図 遺伝子ndhC ndhK ッ ン ャ RNA 個 タン 質 情報 一部 複 い 図 中央部 機構I ndhC タン 質 合 右 ndhK 合 少 く そ 機構 II
別 AUG 始 経路 合 ndhK 合 増 両タン 質
【背 景】葉緑体と 、炭酸ガスを吸収して酸素を放出 環境保全 炭酸ガス ら炭水化物を合成 食料生産
強大 タンパク質合成装置を持つ タンパク生産 ゲノム 花粉 入ら い 環境安全性
【葉緑体工場】
【基盤技術開発】
・葉緑体ゲノム 詳細解析：外来遺伝子 導入部位 決定
・葉緑体 タンパク合成分子機構 解析：外来遺伝子を葉緑体用 改変し そ mRNA タンパク合成活性測定する技術in vitro (試験管内合成) 系 を開発済
*多く 異種遺伝子 入 発現 試 い 多く 発現 い 々 分子機構 基 く mRNA 設計技術 持ち 々 開発 た試験管内タン 質合 系 唯一 mRNA活性測定法 あ
図 葉緑体 学 未来像
