博 士 （ 農 学 ） Amy Estiati 学位論文題名
Studies on genome structure and gene content in sugar beet (Beta vulgarisL ． ） mitochondrial DNA
（テンサイミトコンドリアのゲノム構造と遺伝子構成に関する研究）
学位論文内容の要旨
ミトコンドリアは、細I胞の活動に不西丁欠のエネルギー生産を司るオルガネラである。ミ トコンドリアの果たす役割は、老化、細I胞死等の高次の生命現象にまで及び、高等植物に おいても 種々の形質発現との関連が指摘されている。特に、作物のハイブリッド種子生産 に不可欠 の細胞質雄性不稔性はミ卜コンドリアゲノムの突然変異に起因しており、育種学 的にもミ トコンドリアヘの関心は高い。テンサイのように商業品種の全てがハイブリッド で占めら れるような作物では、ミトコンドリアゲノムの遺伝情報を明らかにすることによ り、細胞質育種に貢献できると期待される。
本研究 では、テンサイミ卜コンドリアゲノムに関して、以下の2点の解明を目的に実験 を進めた 。すなわち、＠テンサイミトコンドリアゲノムの塩基配列を全て決定し、これを もとに◎ ミトコンドリアゲノムにコードされる遺伝子の全容を明らかにすることである。
また、モ デル植物であるアラビドプシスのミトコンドリアゲノムの全塩基配列が最近発表 されたの で、異なる植物種間でゲノム規模の比較解析も可能となった。本研究では、被子 植物ミト コンドリアゲノムの進化に関する知見も得られた。結果の概要は以下の通りであ る。
1．テンサイミ卜コンドリアゲノムの全塩基配列決定
テンサ イミ卜コンドリアク口ーンバンクを利川して塩基配列の決定を進めた。各ク口ー ンの挿入 断片をlong‑PCRで増幅し、部分分解した後にプラスミド ベクターに連結してミ ニライブ ラリーを作り、ショットガン法により塩基配列を決めた。テンサイミトコンドリ アゲノム マスター染色体は368，799塩基対より成り、G+C含量は43．9％であった。ゲノム 上 に29個 の タ ン バ ク 質 コ ー ド 遺 伝 子、5個 のrRNA遺伝 子お よび25圃 のcRNA遺 伝子 が 見っかっ た。このような遺伝子コード域はゲノム全体の11.3％を占め、その他に、イン卜 口ン、色素体ゲノム配列、細胞核ゲノム配列、反復配列が見出された。ゲノムの44．4％は データベ ース中の配列と相同性が見られたのに対し、残りの55.6％については全く相同配 列が兄つからなかった。
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2．アラビドプシスミトコンドリアゲノムとの差異
ミ卜コンドリア遺伝子の構成をアラビドプシスと比較したところ、リボソームタンパク 質遺伝 子、シ トク口ムc生合 成関連 遺伝子お よびtRNA遺 伝子の構成に差異が見られ、テ ン サイ に の み見 出 さ れる4遺 伝子(rps13、ccb577、trnF‑GAAお よびtrnC2‑GCA)と 、テ ンサイ から失われている4遺伝子(ccb228、ヤロ、rpll6およびtrnC′―GCA)が明らかにな った。また、アラピドプシスミトコンドリアゲノムにおいても色素体ゲノム配列や細胞核 ゲノム配列が見っかったが、テンサイの配列とは全く異なっており、テンサイとアラピド プシスのミトコンドリアゲノムが、種分化の後、各々独自の進化を遂げたことを物語って いる。
3．リボソ―ムタンバク質遺伝子の解析
テンサイミ卜コンドリアゲノムにコードされるりボソームタンパク質遺伝子のうち、未 解析の3遺伝 子rps7、rps12およ びャびに ついて 転写を確 認した。またこれら3遺伝子に おいて はRNA工ディテ ィングが 生じている。しかし、rps12についてはェディティング頻 度が低く．、翻訳産物が不均一である可能性が示唆された。
テンサイミトコンドリアゲノムから失われているりポソームタンパク質遺伝子について、
細胞核ゲノムヘの移行の有無をサザン法で検討した。用いたheterologousプローブはいず れもテ ンサイ 核DNAと 分子雑種 を形成 すること が確認 され、ミトコンドリアゲノムから の遺伝子の欠如は細胞核ゲノムヘの遺伝子移行により補償されていることが分かった。以 上の結果から、テンサイミトコンドリアにおけるりボソームタンパク質遺伝子の構成が明 らかになった。
4．機能未同定のORFの解析
テン サイミ トコンド リアゲノ ムには100コド ンを越 える機能 未同定ORFが94個 含まれ ている 。この うち73個のORFに ついてノ ーザン法 により 転写産物の有無を調査した。そ の結果、次の2個のORFについてのみiIJz写産物を確認した。
〇′把14は普遍的なミ卜コンドリア遺伝子naガの第1、第2工キソンと共転写される。し かし、RNA工ディテイングは起こっておらず、またテンサイ以外に相同配列が見っからな いので、機能している可能性は低い。
〇′ア′7は単独で転写されるが転写産物は短くORF全体は転写されていない。またテンサ イとホウレンソウ（共にアカザ科）以外では相同配列が見出されず、機能遺伝子であるこ とを示す証拠は得られなかった。
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学位論文審査の要旨
学位論文題名
Studies on genome structure and gene content in sugar beet (Beta vulgazrisL ． ） mitochondrial DNA
（テンサイミトコンドリアのゲノム構造と遺伝子構成に関する研究）
本 論 文 は126頁 か ら なる 英 文 論文 で あ り、 図22と表llを含 む 。 別に 参 考 論文2編 が 添えら れている 。
ミ トコン ドリアは 、細胞の活動に不可欠のエネルギー生産を司るオルガネラであり、
植 物にお いても種 々の形質 発現と の関連が 指摘さ れている 。特に 、作物のハイブリッ ド 種子生 産に重要 な細胞質 雄性不 稔性はミ トコン ドリアゲ ノムの 突然変異に起因して お り、育 種学的に もミ卜コ ンドリ アへの関 心は高 い。テン サイの ように商業品種の全 て がハイ ブリッド で占めら れるよ うな作物 では、 ミトコン ドリア ゲノムの遺伝情報を 明 ら か に す る こ と に よ り 、 細 胞 質 育 種 に 貢 献 で き る と 期 待 さ れ る 。 本 研究 の 目 的は 、Oテンサイ ミトコ ンドリア ゲノムの 塩基配 列を全て 決定し 、これ を もとに ＠ミトコ ンドリア ゲノム にコード される 遺伝子の 全容を 明らかにすることで あ る。結 果の慨要 は以下の 通りで ある。
1．テンサイミ卜コンドリアゲノムの全塩基配列
テ ンサイ ミトコン1ゞ リアク口ーンバンクを利′Hして全塩基配列を決定した。これは モ デ ル 植物 ア ラ ビ ドプシス に続いて2例Elに̲Lたる。 テンサ イのミ卜 コンド リアゲノ ムマスター染色体は368．799塩魑対よりJ戊ることが分った。ゲノム‑｜ニに29flMのタンパ ク 質 コ ー ド 遺 伝 子 、5個 のrRNA遺 伝 子 お よ び25個 のtRNA遺 伝子 が 見 っか っ た 。こ の ような 遺伝子コ ード域 はゲノム 全体のル ．3％を占め、その他に、イントロン、色素 体 ゲノム 由来配列 、細胞 核ゲノム 由来配列 、反復 配列が見 出され た。ゲノ ムの44.4％
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夫
也 雄
哲
義 芳
上 本
野
三 島
佐
授 授
授
教 教
教
査 査
査
主 副
副
は デ一 夕ベ ース 中の 配列 と何らかの相同性が見られたのに対し、残りの55.6％につい
て は全 くキH｜副 配列 が兄 っか らな かっ た。
2．アラビドプシスミトコン ドリアゲノムとの比較解析
ミ トコ ンド リア 遺伝 予の 橢成 をアラビドプシスと比較したところ、リポソームタン バ ク 質 遺 伝 予 、 シ ト ク 口 ムc生 合成 関連 遺伝 子お よびtRNA遺 伝子 の構 成に 差異 が見 られ、テンサイにのみ見出される4遺伝予(rps13、ccb577、rrnF‑GAAおよびtrnC2―GCA） と、 テン サイ から 失わ れて いる4遺伝 子(ccb228、 ヤ佗 、rpl16およびtrn Cl・GCA)が 川らかになった。また、色素体ゲノムや網1｜胞核ゲノムに由来する配列についても、テ ンサ イと アラ ピド プシ スは 全く 異なっており、両植物のミトコンドリアゲノムが、種 分化の後、各々狐！自の進化を遂げたことが示された。
3．リボソ―ムタンパク質遺伝子の解析
テンサイミトコンドリ アゲノムにコードされるりボソームタンバク質遺伝子のうち、
未 解 析 の3遺 伝 子rps7、rps12お よび ゲび につ いて 転写 を確 認し た。 また こ れら3遺 伝 子に おい ては 転写 後にRNAの エデ ィテ イン グが 生じ ている。しかし、rps l2に つい て はエ ディ ティ シグ の頻 度が 低く 、翻 訳産 物が 不 均一 であ る可 能性 が示 唆さ れた 。 テン サイ ミト コン ドリ アゲ ノムから失われているりボソームタンパク質遺伝子 につ い て、 細胞 核ゲ ノム ヘの 移行 の有無を検討した。その結果、ミトコンドリアゲノ ムか らの遺伝子の欠如が綱‖ 胞核ゲノムへの遺伝子移行により補償されていることが分かっ た 。以 上の 結果 から 、テ ンサ イミトコンドリアにおけるりボソームタンパク質機 能遺 伝予の構成の全容が明ら かになった。
本研 究は テン サイ ミト コン ドリ アゲノムの全構造と遺伝子構成をはじめて明ら かに し た も の で あ り 、 そ の 成 果 は 学 術 お よ び 応 用 の 両 面 で 高 く 評 価 で き る 。 よっ て缶 査貝 一剛 は、Ainy EsLiatiが博士（農学）の学位を受けるに十分な資 格を ガ する もの と認 めた 。
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