単子葉植物ウキクサを用いた植物における概日時計遺伝子機能の保存性の解析 Functional conservation of clock-related genes in flowering plants: overexpression and RNAi analyses of the circadian rhythm in the monocotyledon <I>Lemna gibba</I>

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Abstract

概日時計はバクテリアから植物、ヒトにいたるまで広く保存された生理現象である。植物ではモデル植物であるアラビドプシスを用いた分子遺伝学的解析から、多くの概日時計に関わる遺伝子が単離・解析されてきた。一方で単子葉植物であるイネなどからアラビドプシス時計遺伝子のホモログが単離されているが、それらの機能解析は報告少なく、植物間での概日時計機構の保存性についての詳細は未だわかってはいない。これまでに私たちはイボウキクサ(<I>Lemna gibba</I>G3)を用いアラビドプシスの時計遺伝子である<I>LHY/CCA1, GI, ELF3</I>のホモログ(<I>LgLHYH1, LgLHYH2, LgGIH1, LgELF3H1</I>)を単離してきた。そこでこれら時計遺伝子ホモログの過剰発現、またはRNAiコンストラクトを生物発光レポーターとともに一過的遺伝子導入法を用いウキクサに導入し、生物発光の変化を連続的にモニターすることで、それら遺伝子の機能解析を行った。その結果、ウキクサでは2種類の<I>LHY</I>ホモログが機能的にも分化している可能性を見出すとともに、<I>GI</I>ホモログがアラビドプシス<I>GI</I>よりも強く概日時計に関与していることを示唆する結果を得た。これらの結果から植物の概日時計は大枠としては植物間で保存されているが、それぞれの構成因子がもつ働きの度合いに違いがあることが示唆された。

In flowering plants, the circadian clock is involved in the regulation of various physiological phenomena, including growth, leaf movement, stomata opening, and floral transitions. Molecular mechanisms underlying the circadian clock have been identified using Arabidopsis; the functions and genetic networks of a number of clock-related genes, including <I>CCA1, LHY, TOC1, GI, and ELF3</I> have been analyzed. The degree to which clock systems are conserved among flowering plants, however, is still unclear. We previously isolated homologs for Arabidopsis clock-related genes from monocotyledon <I>Lemna</I> plants. Here we report the physiological roles of these <I>L. gibba</I> genes (<I>LgLHYH1, LgLHYH2, LgGIH1</I>, and <I>LgELF3H1</I>) in the circadian system. We studied the effects of overexpression and RNA interference of these genes on the rhythmic expression of morning- and evening-specific reporters. These experiments suggested that the precise role of each clock gene may have diverged in the clock systems of <I>Lemna</I> and Arabidopsis.

Journal

  • Plant and Cell Physiology Supplement

    Plant and Cell Physiology Supplement 2008(0), 0616-0616, 2008

    The Japanese Society of Plant Physiologists

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