クロロフィル生合成におけるクロロフィリドエステル化の障害を伴うクロロフィル欠損イネ変異体

クロロフィル（CHL）シンターゼは、クロロフィリドのエステル化を触媒して、CHL生合成の最後のステップを完了します。CHLシンターゼとさまざまな生物の対応する遺伝子はよく特徴付けられていますが、CHLシンターゼ変異体はまだ高等植物では報告されていません。この研究では、イネ（Oryza sativa）Chl欠損変異体である黄緑色の葉（YGL1）が分離され、CHL合成が減少し、テトラピロール中間体のレベルが増加し、葉緑体の発生が遅れた若い植物で黄緑色の葉を示しました。。遺伝分析は、YGL1の表現型が核遺伝子の劣性変異によって引き起こされることを実証した。YGL1遺伝子座は染色体5にマッピングされ、MAPベースのクローニングによって分離されました。シーケンス分析により、CHLシンターゼをコードし、その同一性がトランスジェニック補体によって検証されたことが明らかになりました。ミスセンス変異は、YGL1変異体のYGL1の高度に保存された残基で発見され、酵素活性の低下をもたらしました。YGL1はすべての組織で構成的に発現され、その発現はYGL1変異体で有意な影響を受けません。興味深いことに、Chl A/B結合タンパク質をコードするCab1R遺伝子のmRNA発現は、YGL1変異体で著しく抑制されました。さらに、ChL生合成または葉緑体の発達に関連するいくつかの核遺伝子の発現もYGL1苗に影響を受けました。これらの結果は、さまざまな葉緑体タンパク質をコードする核遺伝子の発現が、CHLまたはCHL前駆体のレベルによって調節されるフィードバックである可能性があることを示しています。

Chlorophyll (Chl) synthase catalyzes esterification of chlorophyllide to complete the last step of Chl biosynthesis. Although the Chl synthases and the corresponding genes from various organisms have been well characterized, Chl synthase mutants have not yet been reported in higher plants. In this study, a rice (Oryza Sativa) Chl-deficient mutant, yellow-green leaf1 (ygl1), was isolated, which showed yellow-green leaves in young plants with decreased Chl synthesis, increased level of tetrapyrrole intermediates, and delayed chloroplast development. Genetic analysis demonstrated that the phenotype of ygl1 was caused by a recessive mutation in a nuclear gene. The ygl1 locus was mapped to chromosome 5 and isolated by map-based cloning. Sequence analysis revealed that it encodes the Chl synthase and its identity was verified by transgenic complementation. A missense mutation was found in a highly conserved residue of YGL1 in the ygl1 mutant, resulting in reduction of the enzymatic activity. YGL1 is constitutively expressed in all tissues, and its expression is not significantly affected in the ygl1 mutant. Interestingly, the mRNA expression of the cab1R gene encoding the Chl a/b-binding protein was severely suppressed in the ygl1 mutant. Moreover, the expression of some nuclear genes associated with Chl biosynthesis or chloroplast development was also affected in ygl1 seedlings. These results indicate that the expression of nuclear genes encoding various chloroplast proteins might be feedback regulated by the level of Chl or Chl precursors.