理研,植物の遺伝子群の翻訳での青色光の役割解明

理化学研究所(理研)の研究グループは,植物では,翻訳装置であるリボソームの生合成などに関わる遺伝子群の翻訳の活性化に「青色光を情報として正常に伝達する機能」と「正常な葉緑体機能」の両方が必要であることを明らかにした(ニュースリリース)。

初期の光受容は遺伝子発現に劇的な変化を起こすが,その制御機構の詳細については未知な部分が多い。これまで,青色光を受容することによる植物の遺伝子発現は転写と翻訳の両レベルで制御されていることが分かっていたが,翻訳レベルの発現変動がどのように制御されているかは分かっていなかった。

研究グループはまず,青色光を受容できないシロイヌナズナのcry1cry2二重変異体およびhy5変異体の種子を通常の培地にまいた場合と,野生型(WT)の種子を葉緑体機能阻害剤を添加した培地にまいた場合で,それぞれを暗所で生育させた後に青色光を露光したときの,芽生えの前後での翻訳量の変化を,ゲノム全域にわたって調べた。

GOエンリッチメント解析の結果,青色光を受容できなくさせた変異体のコントロールとなるWTの芽生えや葉緑体機能阻害剤のコントロールとなるDMSO添加条件下における芽生えの遺伝子リストには,リボソームの生合成などに関わる遺伝子が多く含まれていたが,変異体および葉緑体機能阻害剤下で生育させた芽生えの遺伝子リストには含まれていないことが分かった。

そこで,コントロールで認められたリボソームの生合成などに関わる遺伝子の翻訳効率が,変異体および葉緑体機能阻害剤下で生育させた芽生えとコントロールとで差があるのかを確認した。

すると,変異体および葉緑体機能阻害剤下で生育させた芽生えは,コントロールに比べて翻訳効率が低下していることが分かった。この結果は,GOエンリッチメント解析において,リボソームの生合成などに関わる遺伝子が変異体および葉緑体機能阻害剤下で生育させた芽生えの遺伝子リストに認められなかったことと一致する。

これらの結果から,植物が光を初めて受容したときにリボソームの生合成などに関わる遺伝子の翻訳を活性化させるには,「青色光を情報として正常に伝達する機能」と「正常な葉緑体機能」の両方が必要であることが明らかになった。このことは,光に反応することで,リボソームの構成タンパク質が翻訳レベルで増えていることを示している。

植物は光を受容して形態形成を進めるため,形態形成に必要な多くの遺伝子の発現を飛躍的に上昇させる必要がある。従って,リボソームの生合成などに関わる遺伝子の発現を翻訳レベルで上昇させることは,植物にとって合理的な戦略であると考えられるという。

研究グループは,今回の成果は植物の新たな成長制御の解明につながるものだとしている。

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