タンパク質相互作用を利用したイネ低温シグナル伝達機構の解明

イネは地球上の広範囲な地域で栽培されているが,イネは熱帯原産であることから低温に対する感受性が高い。コムギはイネと同じ単子葉植物であるが,低温に対する抵抗性が高い。したがって,コムギの低温耐性に関与する遺伝子をイネに導入することにより,低温に耐性をもつイネを作製することが可能である。そこで、本研究では、コムギの低温耐性に関与する遺伝子を単離し,その機能を解明することを目的とした。コムギは低温下で生育すると,細胞膜を構成する主要なリン脂質であるフォスファチジルコリン(PC)及び,フォスファチジルエタノールアミン(PE)量が増加し,特にPE量の増加が著しい。その結果として,低温耐性(耐凍性)を獲得すると考えられている。酵母ではPE/PC生合成の最終段階には,Aminoalcoholphosphotransferase(AAPT)という酵素が関与し,Ethanolamine phosphotranseferase(EPT)活性とCholine phosphotranseferase(CPT)活性を持つタイプに分類される。そこで,コムギのPE及びPC生合成と低温耐性獲得の関連性を調べるために,2つのAAPT酵素遺伝子cDNAをコムギより単離した(TaAAPT1,2)。両遺伝子産物の酵素学的性質を調べたところ,両者とも,EPT/CPT活性は持っているが,TaAAPT1は主にEPT活性を持ち,TaAAPT2は主にCPT活性を持つことが明らかになった。次に各遺伝子の低温応答性を調べたところ,TaAAPT1は低温応答性を示したが,TaAAPT2は示さなかった。酵母のAAPT変異株は低温感受性を示すが,TaAAPT1及びTaAAPT2による相補性実験を行ったところ,両遺伝子とも,AAPT変異体の低温感受性を相補し,特にTaAAPT1のほうが,相補性が高かった。GFPを用いて,細胞内局在性を調べた結果,TaAAPT1,2ともに小胞体に局在することが明らかになった。低温下では,主にEPT活性をもつTaAAPT1遺伝子の発現が誘導され,酵母の低温感受性の相補性実験でも,TaAAPT1のほうが,相補性が高い。このことは,低温処理時のPE量の著しい増加と一致する。したがって,コムギの低温耐性獲得には小胞体上で,主にPEを合成するTaAAPT1が重要な役割を果たしていることが考えられる。

イネは地球上の広範囲な地域で栽培されているが,イネは熱帯原産であることから低温に対する感受性が高い。コムギはイネと同じ単子葉植物であるが,低温に対する抵抗性が高い。したがって,コムギの低温耐性に関与する遺伝子をイネに導入することにより,低温に耐性をもつイネを作製することが可能である。そこで、本研究では、コムギの低温耐性に関与する遺伝子を単離し,その機能を解明することを目的とした。コムギは低温下で生育すると,細胞膜を構成する主要なリン脂質であるフォスファチジルコリン(PC)及び,フォスファチジルエタノールアミン(PE)量が増加し,特にPE量の増加が著しい。その結果として,低温耐性(耐凍性)を獲得すると考えられている。酵母ではPE/PC生合成の最終段階には,Aminoalcoholphosphotransferase(AAPT)という酵素が関与し,Ethanolamine phosphotranseferase(EPT)活性とCholine phosphotranseferase(CPT)活性を持つタイプに分類される。そこで,コムギのPE及びPC生合成と低温耐性獲得の関連性を調べるために,2つのAAPT酵素遺伝子cDNAをコムギより単離した(TaAAPT1,2)。両遺伝子産物の酵素学的性質を調べたところ,両者とも,EPT/CPT活性は持っているが,TaAAPT1は主にEPT活性を持ち,TaAAPT2は主にCPT活性を持つことが明らかになった。次に各遺伝子の低温応答性を調べたところ,TaAAPT1は低温応答性を示したが,TaAAPT2は示さなかった。酵母のAAPT変異株は低温感受性を示すが,TaAAPT1及びTaAAPT2による相補性実験を行ったところ,両遺伝子とも,AAPT変異体の低温感受性を相補し,特にTaAAPT1のほうが,相補性が高かった。GFPを用いて,細胞内局在性を調べた結果,TaAAPT1,2ともに小胞体に局在することが明らかになった。低温下では,主にEPT活性をもつTaAAPT1遺伝子の発現が誘導され,酵母の低温感受性の相補性実験でも,TaAAPT1のほうが,相補性が高い。このことは,低温処理時のPE量の著しい増加と一致する。したがって,コムギの低温耐性獲得には小胞体上で,主にPEを合成するTaAAPT1が重要な役割を果たしていることが考えられる。