シロイヌナズナのヘムオキシゲナーゼ遺伝子ファミリーの機能解析

ヘムオキシゲナーゼはヘムを基質にビリベルジンIXαを合成する酸素添加反応を触媒する酵素で、生物界に広く分布する。この反応は、植物においてフィトクロム発色団生合成の1段階であり、これまでにシロイヌナズナの変異体hy1を用いた分子遺伝学解析と原因遺伝子の単離によりHY1遺伝子のコードされるheme oxygenase 1(HO1)について解析が進められてきた。この酵素は葉緑体に局在し、フェレドキシン依存的に反応が進行する。シロイヌナズナにはそのゲノム塩基配列の情報から更に3つのヘムオキシゲナーゼ様タンパク質をコードする遺伝子(AτHO2、AτHO3、AτHO4)が存在することを見いだした。今年度は、まず、各cDNAを単離し、ヘムオキシゲナーゼとして酵素反応を触媒するかを検討した。HO3とHO4に関して、大腸菌で組み換えタンパク質を発現させ酵素活性を検出した。HO3のフェレドキシンやアスコルビン酸の依存性や基質に対するkmならびに反応のVmaxは、HO1のものとほぼ同等であり、ヘムオキシゲナーゼとして十分に機能的であることがわかった。一方、HO4の酵素活性には高いアスコルビン酸依存性が見られた。これらが植物内においてフィトクロム発色団生合成のヘムオキシゲナーゼ活性を示すかを調べるため、シロイヌナズナhy1変異体において強制発現させることを進めている。一方、各遺伝子の植物の生長に対する働きを調べるため、各遺伝子のノックアウト系統をスクリーニングした。現在までに、AtHO3を破壊すると植物体の緑色が薄くなること、AtHO2およびAtHO4を破壊しても顕著な表現型が現れないという予備的な結果を得ている。現在までに研究に必要な実験系の構築は順調に進行しており、来年度以降の大きな研究成果につながるものと期待される。

ヘムオキシゲナーゼはヘムを基質にビリベルジンIXαを合成する酸素添加反応を触媒する酵素で、生物界に広く分布する。この反応は、植物においてフィトクロム発色団生合成の1段階であり、これまでにシロイヌナズナの変異体hy1を用いた分子遺伝学解析と原因遺伝子の単離によりHY1遺伝子のコードされるheme oxygenase 1(HO1)について解析が進められてきた。この酵素は葉緑体に局在し、フェレドキシン依存的に反応が進行する。シロイヌナズナにはそのゲノム塩基配列の情報から更に3つのヘムオキシゲナーゼ様タンパク質をコードする遺伝子(AτHO2、AτHO3、AτHO4)が存在することを見いだした。今年度は、まず、各cDNAを単離し、ヘムオキシゲナーゼとして酵素反応を触媒するかを検討した。HO3とHO4に関して、大腸菌で組み換えタンパク質を発現させ酵素活性を検出した。HO3のフェレドキシンやアスコルビン酸の依存性や基質に対するkmならびに反応のVmaxは、HO1のものとほぼ同等であり、ヘムオキシゲナーゼとして十分に機能的であることがわかった。一方、HO4の酵素活性には高いアスコルビン酸依存性が見られた。これらが植物内においてフィトクロム発色団生合成のヘムオキシゲナーゼ活性を示すかを調べるため、シロイヌナズナhy1変異体において強制発現させることを進めている。一方、各遺伝子の植物の生長に対する働きを調べるため、各遺伝子のノックアウト系統をスクリーニングした。現在までに、AtHO3を破壊すると植物体の緑色が薄くなること、AtHO2およびAtHO4を破壊しても顕著な表現型が現れないという予備的な結果を得ている。現在までに研究に必要な実験系の構築は順調に進行しており、来年度以降の大きな研究成果につながるものと期待される。