気孔の開口を駆動する細胞膜プロトンポンプの活性制御機構の解明

細胞膜プロトンホンプであるH^+-ATPaseは、細胞膜を介したH^+の能動輸送を行う一次輸送体であり、二次輸送体と共役した様々な物質の輸送、細胞の恒常性維持や細胞伸長に重要な役割を果たしている。気孔開口においては、青色光に依存して孔辺細胞に発現するH^+-ATPaseが活性化され、気孔開口の駆動力を形成している。これまでの研究により、H^+-ATPaseの活性化には、自身のC末端スレオニンのリン酸化が必要であり、この活性調節機構は植物細胞を通じた共通の活性化機構であることが明らかとなっているが、このリン酸化を調節するキナーゼとホスファターゼ、また、その他の活性制御因子はほとんど明らかとなっていない。本研究では、H^+-ATPaseの活性制御に関わる因子を同定することを目的とし、H^+-ATPaseの活性が低下した突然変異体、および、活性が亢進した突然変異体のスクリーニングを進め、これらスクリーニングが完了した。さらに、H^+-ATPaseの活性が低下したスクリーニングにおいて単離した変異体の一つE8-4変異体についてさらに詳細な解析を行った。その結果、この変異体では、H^+-ATPaseが正常に機能することが必要である低pH条件下で、根の伸長が野生株と比べ顕著に阻害されていた。また、興味深いことに、この変異体の根では、H^+-ATPaseの発現量には差が見られないものの、通常のpH条件下において、野生株に比べてH^+-ATPase活性、および活性化に必須のスレオニンのリン酸化レベルが顕著に低下しており、この変異体では常にH^+-ATPase活性が低下していることが明らかとなった。現在、E8-4変異株の原因遺伝子の同定に向けてマッピングを進めており、ほぼ、原因遺伝子が同定できた状況にある。今後、原因遺伝子の機能解析を進め、H^+-ATPaseの活性調節の分子機構を明らかにしていきたい。

細胞膜プロトンホンプであるH^+-ATPaseは、細胞膜を介したH^+の能動輸送を行う一次輸送体であり、二次輸送体と共役した様々な物質の輸送、細胞の恒常性維持や細胞伸長に重要な役割を果たしている。気孔開口においては、青色光に依存して孔辺細胞に発現するH^+-ATPaseが活性化され、気孔開口の駆動力を形成している。これまでの研究により、H^+-ATPaseの活性化には、自身のC末端スレオニンのリン酸化が必要であり、この活性調節機構は植物細胞を通じた共通の活性化機構であることが明らかとなっているが、このリン酸化を調節するキナーゼとホスファターゼ、また、その他の活性制御因子はほとんど明らかとなっていない。本研究では、H^+-ATPaseの活性制御に関わる因子を同定することを目的とし、H^+-ATPaseの活性が低下した突然変異体、および、活性が亢進した突然変異体のスクリーニングを進め、これらスクリーニングが完了した。さらに、H^+-ATPaseの活性が低下したスクリーニングにおいて単離した変異体の一つE8-4変異体についてさらに詳細な解析を行った。その結果、この変異体では、H^+-ATPaseが正常に機能することが必要である低pH条件下で、根の伸長が野生株と比べ顕著に阻害されていた。また、興味深いことに、この変異体の根では、H^+-ATPaseの発現量には差が見られないものの、通常のpH条件下において、野生株に比べてH^+-ATPase活性、および活性化に必須のスレオニンのリン酸化レベルが顕著に低下しており、この変異体では常にH^+-ATPase活性が低下していることが明らかとなった。現在、E8-4変異株の原因遺伝子の同定に向けてマッピングを進めており、ほぼ、原因遺伝子が同定できた状況にある。今後、原因遺伝子の機能解析を進め、H^+-ATPaseの活性調節の分子機構を明らかにしていきたい。