新規GT106ファミリーに属するラムノース転移酵素遺伝子の機能解析

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K16173
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 竹中 悠人 立命館大学, 生命科学部, 助教 (70816149)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 植物細胞壁 / 多糖 / ペクチン / ラムノース転移酵素 / ラムノガラクツロナン-I

Outline of Annual Research Achievements

植物細胞壁は地上最大のバイオマスであり、我々の日常生活から有用物質生産まで幅広く利活用されている。ペクチンは細胞壁の主成分であり、特に細胞が伸長している時に積極的に生合成される。ペクチンは最も構造が複雑な多糖であるため、その生合成機構は未解明な部分を多く残している。申請者は、蛍光標識したペクチンオリゴ糖を用いて、ペクチンを構成する主要ドメインであるラムノガラクツロナン-I（RG-I）の主鎖生合成に関わるラムノース転移酵素RRTを世界に先駆けて発見した。本研究では、RRT遺伝子をノックアウトした変異体を作出して表現型を解析することで、RRT遺伝子の生体内における機能を明らかにしようと試みた。
RRT遺伝子は当初シロイヌナズナにおいて4つ見出されていたため、それぞれのノックアウト変異体をゲノム編集によって作出した。しかし、予想に反して表現型は野生型と酷似していた。RRT遺伝子を含む糖転移酵素ファミリーGT106を改めて見直し、配列の特徴を調べたところ、RRT1-4の隣接クレード6遺伝子もラムノース転移酵素である可能性が考えられた。そこで、既に変異体の表現型が解析されているFRB1を異種発現させ、ラムノース転移酵素活性を測定した。FRB1はRG-Iオリゴ糖にラムノース残基を転移させたことからRRT遺伝子であることが判明した。これにより、RRTはシロイヌナズナに10遺伝子存在する可能性が強く示唆された。さらにFRB1以外のRRT候補遺伝子を異種発現させたところ、3つの遺伝子で同様の活性が検出できた。
上記の結果を受け、RRT1-10の発現プロファイルを解析したところ、花茎やロゼッタ葉では複数のRRT遺伝子の発現が観察された。一方、花器官では3つのRRT遺伝子が主に発現していることが分かった。
最終年度は、この3遺伝子のノックアウト変異体の作成と解析を試みた。