京都大学の小林優介理学研究科博士課程学生、西村芳樹同助教を中心とするグループは、山口大学、東京工業大学、法政大学、立教大学、日本女子大学と共同で、葉緑体がもつ「葉緑体DNA(葉緑体核様体)」の分配(遺伝)を制御する遺伝子MOC1と、この遺伝子がコードする葉緑体型ホリデイジャンクション解離酵素を発見した。

 光合成の場である葉緑体では、DNAが多様なタンパク質によって折りたたまれて「核様体」を構築している。葉緑体核様体の複製・分配は葉緑体の分裂に先立って行われる。核様体の複製や分裂・分配(遺伝)は光合成の維持や植物の生存上必須な要素だが、その制御の仕組みは不明だった。

 研究グループは、単細胞緑藻クラミドモナスを用いて、葉緑体核様体の形が異常な「moc変異体」を単離し、その原因遺伝子同定の過程で、MOC1という未知の遺伝子を見出した。この遺伝子は陸上植物にも広く保存されている。生化学的解析を行うと、このタンパク質がホリデイジャンクション(DNA損傷の修復、複製、減数分裂の際にみられる、相同組み換えが進む過程で現れる構造)の中央に結合して、構造を正確に切断する葉緑体型ホリデイジャンクション解離酵素であることが明らかになった。

 さらに「DNAオリガミ(長短のDNA鎖を組み合わせ、多様な構造を設計できる技術)」と原子間力顕微鏡技術を組み合わせ、ホリデイジャンクションが切断される様子を観察。その結果、MOC1タンパク質がホリデイジャンクションの中央部に結合し、切断する様子を明確に捉えることに成功した。

 今回の基礎的な発見から、葉緑体における相同組換え機構の解明、さらには新たな物質生産に向けた応用研究への展開が期待される。

論文情報:【Science】Holliday junction resolvases mediate chloroplast nucleoid segregation

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大学ジャーナルオンライン編集部

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