イネ葉における光呼吸窒素代謝系酵素群遺伝子の窒素による発現調節

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炭素と窒素代謝の接点に位置するグルタミン合成酵素(GS)とグルタミン酸合成酵素(GOGAT)には、葉緑体に局在して光呼吸窒素代謝系で主に機能するGS2とFd-GOGATの他に、まだ機能が不明なGS1とNADH-GOGATの分子種がある。本年度は、イネのNADH-GOGATの機能を解明することを主目的とした。イネのシンク組織である穂を構成する窒素の半分以上は、老化している下位葉からの転流に由来する。この主な転流形態はグルタミンであり、シンク組織における窒素再利用の初期段階でグルタミン酸への変換が必須である。この変換をHADH-GOGATが担うという作業仮説をたて、イネの穂の登熟過程に着目し、主に免疫学的手法を用いて研究を進め、以下の成果を得た。頴果におけるNADH-GOGAT蛋白質含量とその活性は、イネの貯蔵蛋白質が胚乳に蓄積を開始する開花後15日目まで急増し、以後徐々に消失した。開花後10日目の頴果を、もみ殻と未熟玄米に分離後NADH-GOGAT蛋白質の組織分布を調べた結果、頴果全体の約84%のNADH-GOGATが未熟玄米に存在していることが判明した。また、予備的な結果ではあるが、パラフィン包埋後の頴果から横断切片を作成し、抗体染色を試みた結果、NADH-GOGAT抗原は師部柔細胞と伴細胞付近に局在している像が得られた。一方、もう一つのGOGAT分子種であるFd-GOGATは、葉緑体が比較的発達の認められるもみ殻に多く存在しており、NADH-GOGATとは全く異なる組織分布と挙動を示した。以上の結果は、シンク組織の師部周辺に局在しているNADH-GOGATが、老化組織から転流してきたグルタミンをアミノ酸代謝の中心であるグルタミン酸に変換している可能性を強く示唆する。