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

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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。