植物の窒素同化に関わる硝酸・亜硝酸イオン輸送体の構造・機能解析

植物は主に硝酸イオンを窒素源として取り込み、亜硝酸イオンを経てアンモニウムイオンにまで還元することでアミノ酸合成などを行う（窒素同化）。本研究は、高等植物の窒素同化の第一段階である硝酸態窒素の取り込みを担う高親和性硝酸イオン輸送体NRT2のX線結晶構造解析および生化学解析を通して、いまだ多くの謎に包まれている植物による窒素同化の分子機構を解明することが目的である。植物のNRT2は根の細胞膜などに発現しており、硝酸イオンの取り込みに中心的な役割を果たす。単量体で働く細菌の硝酸輸送体に対して、植物のNRT2はNAR2と呼ばれるアクセサリータンパク質とヘテロ複合体を形成することで高い輸送活性を示すことが報告されている。しかし、その構造およびアクセサリータンパク質による輸送制御機構は謎に包まれている。本研究では、NRT2-NAR2複合体の構造・機能解析を通して、他のMFS輸送体には見られないヘテロ複合体構造がもたらす植物独自の硝酸イオン取り込み機構を原子レベルで解明することを目的とした。初年度でのスクリーニングの結果同定した構造解析に適すると考えられたNRT2-NAR2複合体に関して、発現条件や精製条件の検討をすすめた。その結果、1組の植物由来NRT2-NAR2複合体に関してLCP結晶が得られ、最高分解能2.4Åの回折像を得た。今後はさらに結晶化条件やコンストラクションの検討をすすめて構造を決定することを目指すとともに、生化学的な機能解析や植物を用いた機能解析を行うことで、植物による窒素同化の分子機構を解明することを目指す。

植物は主に硝酸イオンを窒素源として取り込み、亜硝酸イオンを経てアンモニウムイオンにまで還元することでアミノ酸合成などを行う（窒素同化）。本研究は、高等植物の窒素同化の第一段階である硝酸態窒素の取り込みを担う高親和性硝酸イオン輸送体NRT2のX線結晶構造解析および生化学解析を通して、いまだ多くの謎に包まれている植物による窒素同化の分子機構を解明することが目的である。植物のNRT2は根の細胞膜などに発現しており、硝酸イオンの取り込みに中心的な役割を果たす。単量体で働く細菌の硝酸輸送体に対して、植物のNRT2はNAR2と呼ばれるアクセサリータンパク質とヘテロ複合体を形成することで高い輸送活性を示すことが報告されている。しかし、その構造およびアクセサリータンパク質による輸送制御機構は謎に包まれている。本研究では、NRT2-NAR2複合体の構造・機能解析を通して、他のMFS輸送体には見られないヘテロ複合体構造がもたらす植物独自の硝酸イオン取り込み機構を原子レベルで解明することを目的とした。初年度でのスクリーニングの結果同定した構造解析に適すると考えられたNRT2-NAR2複合体に関して、発現条件や精製条件の検討をすすめた。その結果、1組の植物由来NRT2-NAR2複合体に関してLCP結晶が得られ、最高分解能2.4Åの回折像を得た。今後はさらに結晶化条件やコンストラクションの検討をすすめて構造を決定することを目指すとともに、生化学的な機能解析や植物を用いた機能解析を行うことで、植物による窒素同化の分子機構を解明することを目指す。