Images:なんとなくの閃きのイメージ「ミトコンドリア&葉緑体のQuantum Zeno to Zero Dynamics 〜Idle-ing of DNA〜」

植物は葉緑体に貯えた「たくさんのDNA」を自己分解してリン栄養を得る – 細胞内共生から生じた生存戦略

植物のDNAとリン栄養の関係 植物は葉緑体で行われる光合成によって大気中の二酸化炭素から有機物を作りますが、窒素(N)やリン(P)、カリウム(K)などの養分は、ヒトや動物のように外部から吸収して利用します。N、P、Kは植物の三大栄養素として肥料にも使われています。 リン(有機リン)は細胞内でリン酸として利用されており、リン酸を最も多く含む物質はDNAやRNAなどの核酸です。DNAは親からの遺伝情報を受け継ぐ生命の維持に必須の遺伝物質ですが、ヌクレオチドとしてリン酸を多く含むことから、DNAを分解して再利用すれば栄養素としても有効だと考えられます。たとえば、DNAの断片化は細胞死の指標とされますが、分解されることの生理的意義や、リン栄養との関連についてはよくわかっていませんでした。 最近筆者らは、植物の葉緑体に着目したところ、DNAが分解されてリンの再利用に役立っているという現象を明らかにしました。どうやら植物はDNAを、遺伝子としてだけでなく、「リンの貯蔵物質」として、リン欠乏などの外的環境に応答して生き残るための戦略に用いているようです。ここでは、葉緑体のDNAと、DNA分解によるリン貯蔵機能について紹介します。 細胞内共生に由来する葉緑体には、DNAが「たくさん」ある 今から半世紀以上前、分子生物学黎明期である1960年代に、細胞内小器官(オルガネラ)であるミトコンドリアと葉緑体(プラスチド)にDNAがあることがわかりました。それまでにわかっていた核の染色体DNAと区別するため、ミトコンドリアやプラスチドのDNAは「オルガネラDNA」と呼ばれます。オルガネラDNAの存在は、葉緑体とミトコンドリアが、それらの祖先である光合成細菌(シアバクテリア)とαプロテオバクテリアの共生に由来して真核生物が進化したという、「細胞内共生説」を支持する強力な証拠になっています。 葉緑体DNAにはシアノバクテリアに由来する100個ほどの遺伝子があり、これらが転写・翻訳されることでタンパク質を合成します。しかし、葉緑体を構成するタンパク質は3000個以上あり、残りのタンパク質を作る遺伝子は、共生進化の過程ですべて葉緑体DNAから染色体DNAに移行してしまっています。細胞内共生から細胞の一部になった葉緑体は、進化の過程でほとんどのDNAを核のDNAに転移させ、自律性を失ったと考えられます

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