PEPC特異的リン酸化酵素のC4光合成における生理的意義と活性調節の分子機構

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14390030
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 泉井 桂 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (20025414)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久堀 徹 東京工業大学, 資源化学研究所, 助教授 (40181094) ; 古本 強 京都大学, 大学院・生命科学研究科, 助手 (30313208)
• Keywords: ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ / PEPC / プロテインキナーゼ / フラベリア / トウモロコシ / C4光合成 / レドックス調節 / 形質転換植物

Research Abstract

1)PEPCの特異的プロテインキナーゼ(PK)によるリン酸化の生理的意義を解明するために、PKの過剰発現および抑制がC4光合成に与える影響を調べることを目的として、本年度は下記の実験をおこなった。
a)C4光合成のモデル植物であるFlaveria trinerviaの形質転換系を立ち上げ、胚軸からのカルス形成および個体再生を行うことに成功した。
b)形質転換のためのantisenseの方向にPEPC-PKのcDNAをベクターに挿入したコンストラクトを調製し、遺伝子導入を行い、5個体の形質転換体当代を得、遺伝子の挿入を確認した。
c)これらの個体について光合成活性、PEPCリン酸化状態、PK活性、PKmRNAレベルを検討し、内1ラインにおいて、明瞭なPEPCリン酸化状態の低下を見いだした。この個体は、最大光合成活性は正常であるが、著しい生育遅延、種子量の低減の表現型を示した。
2)Flaveria trinervia由来のPEPC-PKの組み換え体について、活性がレドックス調節を受けるか否かを検討し、さらにその分子機構について手がかりを得るための実験を行った。
a)PEPC-PKが生体内で存在しうる程度の低濃度のチオレドキシン(Trx)に応答すること、そしてNADPHを初発物質とした還元力伝達に応答しうることを示した。
b)候補となるシステイン残基をセリンもしくはアラニンに置き換えたPEPC-PKの活性特性を調査し、Cys53とCys250の両方を同時に置換した変異体において酸化・還元に対して感受性を失うことを見いだした。これらの残基が、主として酸化・還元に残基であろうと推定した。
3)トウモロコシのPEPC-PKのcDNAクローニングをおこなった。これまでに組み換え体を調製し、酵素活性を確認した。以前我々が報告したように、この酵素もレドックス感受性を示した。

Research Products

• [Publications] 泉井 桂: "植物の炭酸固定酵素ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼを特異的にリン酸化するプロ点キナーゼとその調節"日本農芸化学会誌. 77. 417-420 (2003)
• [Publications] 泉井 桂: "光合成のクロストーク"タンパク質核酸酵素. 48. 2090-2102 (2003)
• [Publications] K.Izui: "Phosphoenolpyruvate Carboxylase : New era of structural biology"Annual review of Plant Biology. 55(In press). (2004)
• [Publications] L.Chen: "Overexpression of a cyanobacterial phosphoenolpyruvate carboxylase with diminished sensitivity to feedback inhibition in Arabidopsis changes amino acid metabolism"Planta. (In press). (2004)
• [Publications] 泉井 編: "広川 タンパク質化学 第4巻 酵素 4.4リアーゼ[II]"広川書店(In press). (2004)