コケ植物で葉緑体分裂に関わるペプチドグリカンの構造とD-アミノ酸合成経路の解明

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我々は細菌細胞壁に由来するペプチドグリカン（ＰＧ）がコケ植物の葉緑体を覆っており、葉緑体分裂に関わることを示してきた。ＰＧはD-アミノ酸(D-AA)を用いており、コケでもD-アラニル-D-アラニンを用いた代謝標識法によるＰＧ可視化に成功している。D-AAは、植物にとって役に立たない、あるいは有害な物質であると考えられてきたが、近年D-AAの生理機能が報告されてきている。本研究では、コケ植物の葉緑体分裂機構に関わる葉緑体型ＰＧに関し、以下の研究を進めた。(1) D-AAを含むＰＧの化学構造の決定。ヒメツリガネゴケの葉緑体ＰＧが細菌のＰＧ同様にD-Glu を用いているかについて、細菌ではＰＧのペプチド鎖の2番目のD-Gluを追加する酵素であるMurDの解析を進めた。ヒメツリガネゴケゲノム中に1個だけ存在する相同遺伝子(PpMurD)の遺伝子破壊実験を行なったところ、他のＰＧ合成酵素の遺伝子破壊ラインと同様に巨大葉緑体が出現した。このことは、このPpMurDが葉緑体ＰＧ合成に関与する、ただ一つのMurDであることを示唆している。(2)植物におけるD-AA合成経路の解明とその生理機能。本年度は、ＰＧのペプチド鎖の4、5番目に位置するD-アラニル-D-アラニンの合成に必要な、D-アラニン合成酵素の探索を進めた。細菌ではD-アラニンは主にL-アラニンの異性化酵素(AlaR)によって生産されるが、植物にはこれらの相同遺伝子は見いだされない。細菌クラミジアでセリンとグリシンの相互変換に関わるserine hydroxymethyltransferase(SHMT)および大腸菌でメチオニン合成に関わるcystathionine β-lyase(MetC)が副反応としてAlaR活性を持つこと知られている。これらのヒメツリガネゴケ遺伝子の探索を行い、クローニングと酵素活性の測定を進めている。