寄生雑草制御の新奇防除標的であるゲンチオビアーゼの性状解析

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ハマウツボ科の根寄生雑草は世界の農業に多大な被害を及ぼしている. 本研究では, ハマウツボ科の根寄生雑草であるヤセウツボの発芽種子で特異的に発現している糖加水分解酵素遺伝子をESTデータより絞り込み, そのcDNAの取得を行った. 得られたcDNAのコードするアミノ酸配列解析の結果, この遺伝子はβ-マンノシダーゼであると予測された. そこで, この遺伝子を大腸菌で発現させ, 種々の基質を用いてその活性を測定したところ, 当該酵素がやはりβ-マンノシダーゼであることを明らかにした. この酵素をGFPおよびYFPとの融合タンパク質として, タマネギの表皮細胞, あるいは, タバコBY2細胞で一過性に発現させたところ, このβ-マンノシダーゼが細胞壁に輸送されていることが明らかになった. さらに, N末端側の輸送シグナルと予測されたペプチドとYFPの融合タンパク質, および, そのシグナルを除いた酵素とYFPの融合タンパク質の細胞内局在を調べることによって, この輸送にはN末端側のシグナルペプチドが必要かつ十分であることを示した. これらの結果から, 当該酵素は寄生雑草種子中の細胞壁に存在する糖(マンノース)の加水分解に関与することが予想された. そこで, ヤセウツボの種子より細胞壁多糖を調製し, 基質としたところ予想通り反応産物としてマンノースが検出された. また, ヤセウツボの宿主であるムラサキツメクサの根より調製した多糖は基質としないことが明らかになったことから, このβ-マンノシダーゼはヤセウツボの発芽種子で特異的に働くことが示唆された. さらに, シロイヌナズナにおけるこのβ-マンノシダーゼのオルソログの欠損変異体では, 野生型株と比較して発芽の遅延, 発芽率の低下が観察された. 従って, このβ-マンノシダーゼは植物種子の発芽に重要な役割を果たしていると推測された.