植物細胞の中には核と葉緑体とミトコンドリアの３つゲノムがあります。葉緑体とミトコンドリアの起源となったバクテリアが宿主細胞に取り込まれ細胞内共生してきた過程で、バクテリアが持っていた大半の遺伝子が核ゲノムに移行し、核、葉緑体、ミトコンドリアそれぞれのゲノムができあがったと考えられています。核ゲノムに移行した遺伝子は、その遺伝子産物（蛋白質）を葉緑体やミトコンドリアに輸送することにより、光合成や呼吸などを支えています。このような葉緑体やミトコンドリアの機能を発現したり調節したりするのに数千個もの核遺伝子が働いています。
　当研究室では植物細胞の中で重要な働きをもつ葉緑体やミトコンドリアの機能発現の仕組みをさぐるため、核ゲノムに内蔵された遺伝情報を明らかにし、それらの遺伝情報発現制御の分子メカニズム解明をめざしています。

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　葉緑体とラン藻の遺伝子の発現制御の仕組み、とくにバクテリアや動物の遺伝子の発現とは異なるユニークな点に注目して解析しています。現在、研究室では葉緑体の転写後制御（ＲＮＡレベルでの制御）について重点的に解析を行っています。ＲＮＡ編集などの転写後制御には様々なRNA結合タンパク質やPPR蛋白質が関与しています。これらの蛋白質はすべて核ゲノムにコードされています。

▼ＲＮＡ編集に関する最近の発表論文:

●Tasaki, E., Hattori, M. and Sugita, M. The moss pentatricopeptide repeat protein with a DYW domain is responsible for RNA editing of mitochondrial ccmFc transcript. The Plant J. 62, 560-570 (2010)

●Okuda, K., Chateigner, AL., et al.: Pentatricopeptide repeat proteins with the DYW motif have distinct molecular functions in RNA editing and RNA cleavage in Arabidopsis chloroplasts. Plant Cell 21, 146-156 (2009).

●Yura, K., Miyata, Y., Arikawa, T., Higuchi, M. & Sugita, M.: Characteristics and prediction of RNA editing sites in the transcripts of a moss Takakia lepidozioides chloroplasts. DNA Res. 15, 309-321 (2008).

●Okuda, K., Nakamura, T. et al.: A pentatricopeptide repeat protein is a site-recognition factor in chloroplast RNA editing. J. Biol. Chem. 49, 37661-37667 (2006).

●Sugita, M., Miyata, Y., Maruyama, K. (17年度卒研生）et al.: Extensive RNA editing in transcripts from the psbB operon and rpoA gene of plastids from the enigmatic moss Takakia lepidozioides. Biosci. Biotechnol. Biochem. 70, 2268-2274 (2006).

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RNA結合タンパク質とPPRタンパク質
RNA-binding proteins/PPR proteins

　遺伝子発現の制御には、様々なRNA結合タンパク質が関与しています。当研究室ではラン藻と葉緑体のRNA結合タンパク質の機能解析を行っています。葉緑体RNA結合タンパク質（cpRNP）はRNAの安定性に関与していることや、ラン藻のRNA結合タンパク質Rbp1が低温ストレスに対して重要な働きを担っていることを明らかにしました。

総説論文：
●Nakamura, T. et al. Chloroplast RNA-binding and peptatricopeptide repeat proteins. Biochem. Soc. Trans. 32, 571-574 (2004).

　植物は大きなPPRタンパク質ファミリーをもっています。PPRとは３５アミノ酸の保存配列がリピートしているという意味です。PPRタンパク質は動物には少ないのですが、なぜか植物には多く存在します。PPRタンパク質の大半は葉緑体やミトコンドリアに局在し、その中でRNAプロセシングに働くと考えられています。研究室ではその詳細な分子メカニズムを追求しています。

　最近、ヒメツリガネゴケのPPRタンパク質が葉緑体clpP mRNA前駆体のスプライシングと部位特異的ＲＮＡ切断に関与していることも明らかにしました。

Tasaki, E., Hattori, M. and Sugita, M.
The moss pentatricopeptide repeat protein with a DYW domain is responsible for RNA editing of mitochondrial ccmFc transcript. The Plant J. 62, 560-570 (2010)

Hattori, M. & Sugita, M.: A moss pentatricopeptide repeat protein binds to the 3' end of plastid clpP pre-mRNA and assists with mRNA maturation. FEBS J. 276, 5860-5869 (2009).

O'Toole, N., Hattori, M. et al.: On the expansion of the pentatricopeptide repeat gene family in plants.Mol. Biol. Evol. 25, 1120-1128 (2008) .

Hattori, M. et al. A pentatricopeptide repeat protein is requied for RNA processing of clpP pre-mRNA in moss chloroplasts. J. Biol. Chem. 282, 10773-10782 (2007).

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ラン藻のゲノミクス
Genomics of Cyanobacteria

　私たちは単細胞淡水性ラン藻の一種である、Synechococcus elongatus PCC6301株（別名Anacystis nidulans 6301）のゲノムの全塩基配列を決定しました。ゲノムの中にはおよそ2600個のタンパク質遺伝子が存在します。その半分の遺伝子の機能は不明です。研究室では国内外の多くのラン藻研究者と協力して全ゲノムの機能の解明を目指して研究を進めています。

Sugita, C., Ogata, K., Shikata, M., Jikuya, H., Takano, J., Furumichi, M., Kanehisa, M., Omata, T., Sugiura, M. and Sugita, M.:
Complete nucleotide sequence of the freshwater unicellular cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 6301 chromosome: Gene content and organization. Photosynthesis Res. 93, 55-67 (2007).

Nakamura, T., Naito, K., Yokota, N., Sugita, C. and Sugita, M.
A cyanobacterial non-coding RNA, Yfr1, is required for growth under multiple stress conditions.
Plant Cell Physiol. 48 (9), 1309-1318 (2007).

最近の総説：杉田護、杉田千恵子: シアノバクテリア「ゲノミクス・プロテオミクスの新展開ー生物情報の解析と応用」（今中忠行監修）、エヌ・テイ・エス、pp. 101-112 (2004).

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　葉緑体の高い相同組み換え能を利用して、葉緑体ゲノムに外来遺伝子を導入することが可能です。このような葉緑体の力を植物バイオに応用して、例えば、植物の様々な機能（光合成、物質の生産と貯蔵、物質代謝など）を向上させることも夢ではありません。当研究室では葉緑体遺伝子の機能解析などの基礎的研究のためのツールとして葉緑体形質転換法を用いています。

▼研究成果
●Tsuruya, K., Suzuki, M., Plader, W., Sugita, C. & Sugita, M.: Chloroplast transformation reveals that tobacco ycf5 is involved in photosynthesis. Acta Physiol. Plant. 28, 365-371 (2006).

●Sugiura, C. & Sugita, M.: Plastid transformation reveals that moss tRNA-Arg-CCG is not essential for plastid function. Plant J. 40, 314-321 (2004).

●Sugita, M. et al.: Targeted deletion of sprA from the tobacco genome indicates that the encoded small RNA is not essential for pre-16S rRNA maturation in plastids. Mol. Gen. Genet. 257, 23-27 (1997).

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●Tasaki, E. and Sugita, M.: The moss Physcomitrella patens, a model plant for the study of RNA editing in plant organelles.
Plant Signaling & Behavior 5 (6), in press (2010).

●Sugita, M. & Aoki, S.: Chloroplasts. The Moss Physcomitrella patens, Annual Plant Reviews 36, 182-210 (2009).

●Nakamura, T., Sugiura, C, Kobayashi, Y. & Sugita, M.
Transcript profiling in plastid arginine tRNA-CCG gene knockout moss: construction of Physcomitrella patens plastid DNA microarray. Plant Biology 7, 258-265 (2005).

●Sugiura, C. & Sugita, M.
Plastid transformation reveals that moss tRNA-Arg-CCG is not essential for plastid function. Plant J. 40, 314-321 (2004).

●Sugiura, C., Kobayashi, Y., Aoki, S., Sugita, C. & Sugita, M.
Complete chloroplast DNA sequence of the moss Physcomitrella patens: evidence for the loss and relocation of rpoA from the chloroplast to the nucleus. Nucleic Acids Res. 31,5324-5331 (2003).

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