ピロリン酸による植物の代謝制御とそれを応用した植物機能改変

点击翻译按钮获取中文摘要

ピロリン酸(PPi)は、200以上の代謝反応から生産され、その蓄積は生物にとって毒となる。しかし、植物細胞では200μMほどの比較的高い濃度が維持され、PPiを利用する複数の酵素がエネルギー源として利用している。そのうち、液胞膜のH+ポンプであるH+-PPaseがPPi消費の大部分を占めること、さらに可溶性PPaseを欠損させた多重変異体ではより高いPPiの蓄積が発生し、細胞壁成分が減少し、デンプンが蓄積するという代謝変動がみられることを明らかにしてきた。このことから、細胞内PPiは主にH+-PPaseによって調節されていると考え、その実証と生理的意味を探索している。H+-PPaseはほぼすべての細胞で発現するが、アミロプラストを平衡石とする根端のコルメラ細胞のみ極端に低いという発現特徴を示す。ここに野生型H+-PPaseと、H+輸送活性のみを欠損しPPi分解のみを行う変異型H+-PPaseを異所発現させると、暗処理条件において野生型と比較してデンプンが減少し液胞体積が増大する表現型が観察された。重力感知の平衡石であるデンプン粒維持のためにH+-PPaseの発現量がコルメラ細胞で抑えられていると考え、H+-PPaseの異所発現体の重力屈性における表現型を調べたところ、デンプンを蓄積しないpgm変異体と野生型の中間程度の値を示した。根の長さについては、異所発現による影響は見られなかった。PPi量がこの表現型を決定しているという仮説の下、液胞膜局在型H+-ATPase AHA10を発現させたところ、予想外に液胞の増大とデンプンの低下という同様の表現型が見られ、酵母や大腸菌可溶性PPase発現株では表現型が見られなかった。これらの結果から、観察された表現型は液胞膜タンパク質の過剰発現やATPの消費量増加によるものであるという可能性を考慮し、検証実験を行っている。