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アンモニウム態窒素栄養は、植物の生育に有効な窒素源である。根でアンモニウム輸送担体(AMT1)によって吸収されたアンモニウムは、細胞質のグルタミン合成酵素(GS1)によって、グルタミンへ変換される。根におけるアンモニウムの効率的な同化反応は、窒素利用効率を高める上で重要な反応と考えられている。多くの植物でAMT1もGS1も多重遺伝子族(アイソザイム)を構成している。植物は、これらの酵素学的に性質の異なるアイソザイムを、時期・組織特異的に配置することで、様々な環境へ適応している。
我々は、アイソザイム間の機能分担を明確にすることで、植物の窒素利用効率を決定する因子を明確に出来ると考えて、GS1の変異体の単離を行った。その結果、根で発現するGS1の変異体を全て単離することができた。
我々は、AMT1とGS1が複合体を形成することで、過剰なアンモニウムをアミノ酸へ変換する反応を迅速に行うのではないかと推測した。この仮説を検証するために、GS1とAMT1が相互作用するか、GS1が欠損することでAMTの活性がどのように変化するか調査した。
最初に、酵母スプリットユビキチン法により、根で高く発現するGS1とAMT1分子種がどのような組み合わせで相互作用するか調査したところ、GS1分子種とAMT1分子種が確かに相互作用し、その相互作用は特定の分子種間で異なることを発見した。
さらに、重窒素標識したアンモニウムの輸送キネティクスを測定したところ、T-DNAの挿入により特定のGS1分子種の機能を欠損するシロイヌナズナの高親和型アンモニウム輸送のキャパシティが小さくなることを発見した。
以上のことから、GS1とAMT1が物理的に相互作用することで、アンモニウムを効率的に代謝している可能性が示唆された。
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