サーマルイメージング法を用いた植物の二酸化炭素センサーとシグナル伝達因子の探索

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気孔が開くと、蒸散量が上昇し、気化熱が奪われるため葉面温度が低下する。逆に閉じると、葉面温度は上昇する。この原理により、高感度サーモグラフィーを用いて葉温測定を行うことにより、間接的に気孔開度変化を調べることができる。この系を用いて二酸化炭素濃度依存的な葉温変化に異常を持つシロイヌナズナ突然変異体のスクリーニングを行い、低二酸化炭素濃度条件下で高温を示す変異株ht1(high leaf temperature mutant 1)を単離した。ht1は二酸化炭素濃度変化に伴う気孔の応答性が消失していた。また、葉面温度における二酸化炭素応答性は気孔開度測定、気孔コンダクタンスの測定により、二酸化炭素濃度依存的な気孔開度変化と一致した。この変異における二酸化炭素濃度への応答特異性を検証するため、気孔開口を誘導する青色光やカビ毒フシコクシン、乾燥ストレスによる気孔閉鎖反応を誘導する植物ホルモンであるアブシジン酸に対する応答性を調べた。その結果、ht1において、これらの刺激に対する応答性は損なわれていないことが明らかとなった。また、この原因遺伝子HT1は新規のタンパクキナーゼをコードしており、同遺伝子のプロモーターとレポーター遺伝子であるGUSとの融合遺伝子を導入した形質転換植物における解析により、葉組織において孔辺細胞特異的な発現をしていることが明らかとなった。ht1の変異はドメインIII,IVの一部の欠損を引き起こす変異であった。このような変異を導入した遺伝子を用いてタンパク質を人為的に合成させ、in vitroでキナーゼアッセイを行ったところ、ht1の変異を導入したものでは活性が完全に消失した。また、キナーゼ活性の欠損を引き起こす改変HT1遺伝子を過剰発現させたドミナントネガティブ型形質転換植物は、ht1変異体と同様、二酸化炭素応答性が低下していた。