ジベレリン不活性化経路の多様性と生理機能に関する研究

• 研究課題/領域番号: 17770048
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 山口 信次郎 独立行政法人理化学研究所, 促進制御研究チーム, チームリーダー (10332298)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2005年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: 植物 / 植物ホルモン / ジベレリン / シロイヌナズナ / 種子発芽 / シトクロムP450酸化酵素 / イネ / 生合成

研究概要

本年度は、ジベレリン不活性化反応を触媒する新しい酵素の生化学的、遺伝学的解析を進め、以下の重要な知見を得ることができた。
1.前年度に明らかにしたイネの新奇ジベレリン不活性化酵素であるEUI(CYP714D1)と類似する酵素がシロイヌナズナに二つ存在する。本年度は、これらの酵素(CYP714A1,CYP714A2)の酵素機能を同定するとともに生理的役割の解析を進めた。その結果、CYP714A1とA2はいずれもジベレリンの代謝酵素として機能するが、その酵素活性はEUIとは異なることが明らかとなった。したがって、CYP714ファミリーは植物種間のジベレリン分子種の多様性に関与しているものと推定される。
2.ミシガン大学のグループと共同で、ジベレリンのメチルエステル化を触媒するS-アデノシルメチオニン依存型メチル基転移酵素をシロイヌナズナから同定した。これらの酵素(GAMT1とGAMT2)をシロイヌナズナで過剰発現すると、活性型ジベレリン量の低下を伴って強い矮化が引き起こされることが分かった。したがって、GAMTによるメチルエステル化はジベレリンの不活性化反応として機能するものと考えられる。
3.シロイヌナズナの種子発芽過程で温度依存的に発現するジベレリン不活性化酵素であるAtGA2ox9の機能解析を進め、当該酵素が高温吸水時の発芽抑制に関与している可能性が示唆された。
4.シロイヌナズナ種子の暗発芽抑制時におけるジベレリン不活性化の重要性について、At2ox2遺伝子のT-DNA挿入変異株と当該酵素の不活性化を受けないアナログ(2,2-dimethylGA4)を用いて検証した。
本課題研究において、シロイヌナズナにおけるジベレリンの不活性化経路として、古くから知られている(1)可溶性酵素による2位の水酸化反応に加えて、(2)シトクロムP450酸化酵素であるCYP714による17位の酸化、(3)メチル基転移酵素(GAMT)による7位のカルボキシル基のメチルエステル化、という多様なメカニズムが存在することが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Methylation of gibberellins by Arabidopsis GAMT1 and GAMT2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Varbanova et al.
  • 雑誌名: The Plant Cell (印刷中)
• [雑誌論文] Contribution of gibberellin deactivation by AtGA2ox2 to the suppression of germination of dark-imbibed Arabidopsis thaliana seeds. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi et al.
  • 雑誌名: Plant ＆ Cell Physiology (印刷中)
• [雑誌論文] ELONGATED UPPERMOST INTERNODE Encodes a Cytochrome P450 Monooxygenase That Epoxidizes Gibberellins in a Novel Deactivation Reaction in Rice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zhu, Y., Nomura, T., Xu, Y., Zhang, Y., Peng, Y., Mao, B., Hanada, A., Zhou, H., Wang, R., Li, P., Zhu, X., Mander, L.N., Kamiya, Y., Yamaguchi, S., He, Z.
  • 雑誌名: The Plant Cell 18巻 ページ: 442-456
• [雑誌論文] Distinct and Overlapping Roles of Two Gibberellin 3-Oxidases in Arabidopsis Development. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mitchum, M.G, Yamaguchi, S., Hanada, A., Kuwahara, A., Yoshioka, Y., Kato, T., Tabata, S., Kamiya, Y., Sun.T.-p.
  • 雑誌名: The Plant Journal 45巻 ページ: 804-818
• [産業財産権] ジベレリン代謝酵素 (2005)
  • 発明者名: 山口 信次郎, 野村 崇人, 神谷 勇治
  • 権利者名: 独立行政法人理化学研究所
  • 出願年月日: 2005-06-07