ヒメツリガネゴケにおける二重アスコルビン酸生合成経路の生理機能解明

アスコルビン酸(AsA)生合成経路はこれまでに、藻類ユーグレナでD-ガラクツロン酸(GalA)経路、維管束植物シロイヌナズナでD-マンノース/L-ガラクトース(Man/Gal)経路が同定され、単独で機能している。この両経路の機能が予測されたヒメツリガネゴケでは、両経路の構成酵素遺伝子発現量および鍵酵素であるアルドノラクトナーゼ(ALase)、L-Galデヒドロゲナーゼ(L-GalDH)の組換え体酵素活性、前駆体添加によるAsA量の増加などから、Man/Gal経路、GalA経路の両方が十分に機能可能であることが示唆された。これらの結果を踏まえ、陸上植物では未同定なGalA経路の評価を目的とし、相同組換えにより機能的なALaseの破壊株を作成した。この破壊株ではALase活性は消失していたため、同遺伝子が主要なALaseとして機能することが示された。また、この破壊株では総AsA量が原糸体、茎葉体で2倍増加するという我々の推測とは異なる結果を示した。この増加は、1)ヒメツリガネゴケでは総AsA量の大半が酸化型AsA(DHA)であり、DHA分解活性も持つALaseの欠失によりDHAが増加し、総AsA量が増加した事と、2)GalA経路の停止によりMan/Gal経路の生合成能力が増加したという2つに起因することを実験的に証明した。このため、ヒメツリガネゴケではGalA経路でAsA生合成可能ではあるものの、この経路の破壊株ではAsA量は減少せず、むしろ増加するためAsAの主要な生合成経路ではないことが示され、ALaseはその酵素学的性質からDHAや最終前駆体ガラクトノラクトンなどを加水分解し、細胞内AsA量のネガティブレギュレーターとして機能することが新たに提唱された。今回の結果は、「陸上植物ではMan/Gal経路をAsA生合成の主要経路としている」という定説を強く支持しており、AsA生合成経路は少なくとも陸上植物以前にGalA経路からMan/Gal経路に主要経路を移した可能性が考えられる。

アスコルビン酸(AsA)生合成経路はこれまでに、藻類ユーグレナでD-ガラクツロン酸(GalA)経路、維管束植物シロイヌナズナでD-マンノース/L-ガラクトース(Man/Gal)経路が同定され、単独で機能している。この両経路の機能が予測されたヒメツリガネゴケでは、両経路の構成酵素遺伝子発現量および鍵酵素であるアルドノラクトナーゼ(ALase)、L-Galデヒドロゲナーゼ(L-GalDH)の組換え体酵素活性、前駆体添加によるAsA量の増加などから、Man/Gal経路、GalA経路の両方が十分に機能可能であることが示唆された。これらの結果を踏まえ、陸上植物では未同定なGalA経路の評価を目的とし、相同組換えにより機能的なALaseの破壊株を作成した。この破壊株ではALase活性は消失していたため、同遺伝子が主要なALaseとして機能することが示された。また、この破壊株では総AsA量が原糸体、茎葉体で2倍増加するという我々の推測とは異なる結果を示した。この増加は、1)ヒメツリガネゴケでは総AsA量の大半が酸化型AsA(DHA)であり、DHA分解活性も持つALaseの欠失によりDHAが増加し、総AsA量が増加した事と、2)GalA経路の停止によりMan/Gal経路の生合成能力が増加したという2つに起因することを実験的に証明した。このため、ヒメツリガネゴケではGalA経路でAsA生合成可能ではあるものの、この経路の破壊株ではAsA量は減少せず、むしろ増加するためAsAの主要な生合成経路ではないことが示され、ALaseはその酵素学的性質からDHAや最終前駆体ガラクトノラクトンなどを加水分解し、細胞内AsA量のネガティブレギュレーターとして機能することが新たに提唱された。今回の結果は、「陸上植物ではMan/Gal経路をAsA生合成の主要経路としている」という定説を強く支持しており、AsA生合成経路は少なくとも陸上植物以前にGalA経路からMan/Gal経路に主要経路を移した可能性が考えられる。