光合成葉緑体遺伝子の発現制御機構

　緑葉において発現している葉緑体光合成遺伝子は，非光合成組織である根においては発現しておらず，その発現は主に転写レベルで抑制されていることを見いだした．さらに，転写を司るRNAポリメラーゼのσ因子が，葉緑体光合成遺伝子の緑葉組織特異的な発現を支配していると考えられた．したがって，σ因子の関与を明らかにするため，シロイヌナズナを用い複数種のσ因子cDNAのクローニングとそれらの産物の葉緑体局在を明らかにした．

　物理的な太陽エネルギーを植物が利用できる形に変換するのが｢光化学系｣と呼ばれる細胞内のナノ装置である．光化学系で，太陽光は主として｢緑｣の色素｢葉緑素｣によって受け止められる．その結果，葉緑素が励起されるが，励起エネルギーがうまく使われないと，有害な活性酸素等が生成される．植物や藻類では，２種類の光化学系が機能しており，光化学系 I へは光化学系 II で励起された電子が供給され，光化学系 II へは水を分解して生じる電子が補給される．一方，地球上では，太陽光の強さは日変化し，また，朝焼けや夕焼けのように色 (波長) も変わる．植物には，活性酸素を生成することなく，強度と波長が変化する太陽光を感知して，２つの光化学系が共役して太陽エネルギーを変換する調節機構が必要になる．この機構の鍵として，光化学系の遺伝子設計図を読み取るRNAポリメラーゼの活性が，σ因子のリン酸化を介して制御されていることを見いだした．この働きの解明により，様々な光環境において光合成の効率を維持･促進する制御への道が開かれた．この制御を植物や藻類に適用することにより，食糧およびバイオ燃料の生産性向上が期待される．