窒素代謝産物及び炭酸同化産物の植物体内輸送を調節する新奇転写因子の探索と解析

点击翻译按钮获取中文摘要

植物による無機窒素および炭酸ガスの同化は、地球上のバイオマスの生産を支える中心的な代謝プロセスである。近年、栄養元素の吸収に働くトランスポーターに関する研究の進展が著しいが、窒素(N)や炭素(C)の利用効率を左右する植物体内物質輸送系の制御因子に焦点をあてた研究は未開拓の分野である。本課題では、C/N代謝産物(糖、糖リン酸、有機酸、アミノ酸、硝酸イオン、アンモニウムなど)の蓄積や植物体内輸送システムの制御機構を明らかにすることを目的として研究を行った。C/N代謝経路において炭素代謝流束に最も大きな影響を及ぼすデンプンの生合成と分解過程に着目してトランスクリプトーム・データ解析を行い、デンプン合成酵素starch synthase IV (SS4)と遺伝子発現の相関が高いC2H2-zinc finger型転写因子を見出した。SS4は明条件の後期にmRNA発現量が増加しデンプン顆粒形成で重要な役割を果たすデンプン合成酵素である。SS4と遺伝子発現が相関するC2H2型転写因子のT-DNA及びトランスポゾン挿入変異体では、長日条件、短日条件いずれの場合においても、SS4の発現誘導が抑制されていた。同転写因子のT-DNA及びトランスポゾン挿入変異体では、野生型株と比較してデンプン含量に顕著な差は見られなかったが、TCAサイクル及び光呼吸系の代謝産物量が増加することが分かった。本研究では硝酸イオントランスポーターNRT2.1の発現制御に関わる転写因子についても機能解析を進めた。転写因子遺伝子破壊株コレクションの中からNRT2.1発現量が増加する系統をスクリーニングし、AUXIN RESPONCE FACTOR7(ARF7)の変異株を単離した。arf7変異株では野生型株と比較して側根数が減少する。arf7変異株におけるNRT2.1発現量の増加は窒素吸収量を維持するための応答と考えられる。