高等植物における新奇オーキシン代謝酵素の探索および生理的機能の解析

高等植物中新型生长素代谢酶的寻找及其生理功能分析

• 批准号: 13J06665
• 负责人: 田中 慧太
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research (2014)Tokyo University of Agriculture and Technology (2013)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J06665/
• 关键词: 植物ホルモン; オーキシン; シロイヌナズナ; インドール-3-酢酸; 酸化酵素; 代謝

主要な天然オーキシンであるインドール-3-酢酸 (IAA) は，植物体内の酸化酵素により2-オキシインドール-3-酢酸 (OxIAA) へと変換され，オーキシン活性を不可逆的に失う。本研究では，これまで不明であった，双子葉植物において酸化を介したIAA代謝経路に寄与する酵素を探索した。イネにおいては，IAAからOxIAAへの変換を触媒する2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼ (2OGD) としてDAOが報告されている。そこで，シロイヌナズナのゲノム中から，同様の反応を触媒すると予想される2OGDをコードする遺伝子AtDAOを選抜し，機能を解析した。まず，大腸菌に発現させたAtDAOタンパク質の酵素活性を試験した結果，AtDAOが2-オキソグルタル酸および金属イオン依存的にIAAをOxIAAに変換することを確認できた。続いて，植物体内におけるAtDAOの機能を確かめるために，atdao欠損変異株の実生に含まれるIAA代謝物を，LC-MS/MSを用いて定量した。その結果，atdao変異株は野生型株に比べてOxIAA内生量が格段に低いことが分かった。以上の結果は，AtDAOがシロイヌナズナの主要なIAA酸化酵素であることを示唆する。この成果は，双子葉植物においても2OGDがIAA代謝経路に寄与することを示す初めての報告となる。また，遺伝子発現解析を行ったところ，IAA-アミド合成酵素をコードするGH3遺伝子が早期オーキシン応答性であるのに対して，AtDAO遺伝子に顕著なオーキシン応答性は見られなかった。この結果から，GH3による代謝経路とAtDAOによる代謝経路は，異なる機構によって制御されていると推測される。

The main natural acid is IAA, which causes irreversible loss of activity of the acidifying enzyme OxIAA in plants. This study explores the role of enzymes in the IAA pathway in dicotyledon. In the event of an accident, IAA changes from OxIAA to 2-O-4-O-O-4-O-4-O-4 In this case, it is necessary to analyze the function of the catalyst in the same way as the catalyst in the second OGD. In addition, the enzyme activity of AtDAO in E. coli production was tested. As a result, AtDAO was confirmed to be a 2-amino acid and metal-dependent IAA. In addition, the function of AtDAO in plants was determined by LC-MS/MS. As a result, atdao mutant plants are lower than wild-type plants in OxIAA endogenous quantity. The above results indicate that AtDAO is a major IAA acidifying enzyme. The results of this study were reported in the first part of the report on IAA metabolism in dicotyledonous plants. In addition, the gene expression analysis was carried out, and IAA-3 synthase was used to analyze the early stage gene expression of GH3 gene. The results show that GH3 is the metabolic pathway and AtDAO is the metabolic pathway, and different mechanisms are involved.