ピロリン酸代謝関連酵素の機能欠損が植物の形態形成と成長に与える影響の解析

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本研究は、ピロリン酸 (PPi) と植物の形態形成、そして窒素源との関連性を解明することを大きな目標としている。PPiはDNAやRNA、タンパク質、多糖などの高分子合成反応の副産物として生成し、植物細胞内では、発生したPPiは液胞膜上に存在するH+-pyrophosphatase (H+-PPase) によって分解除去される。H+-PPase はPPi の加水分解反応と共役してH+を液胞内に能動輸送するプロトンポンプである。これまでの研究で、PPiの蓄積が植物の本葉の形成に大きな影響を与えることを明らかにし、また、そこに窒素源の組成の違いが影響を及ぼすことを発見した。また、H+-PPase欠損株では本葉表皮細胞の形状や表皮細胞表面のクチクラ層、葉脈など、本葉の形態だけでなく組織の微細構造にも異常が発生することを新たに見出し、PPiの代謝異常が細胞レベルから組織の微細構造、そして形態全体へと植物体の広範囲に及ぶことを証明した。これらのH+-PPase欠損株の表現型は、生育培地中の窒素源が硝酸イオンのみの場合に発生し、培地に一定量以上のアンモニウムイオンを添加するだけで抑制することができる。本研究では、アンモニウムイオンの他に、アルギニンやオルニチンなどのアミノ酸にもH+-PPase欠損株の表現型の発生を抑制する効果があることを新たに発見し、アンモニウムイオンによるH+-PPase欠損株の表現型抑制機構や、植物組織内での窒素代謝とPPi代謝の関連について、推定モデルを提唱した。