光合成による細胞膜プロトンポンプ活性制御のシグナル伝達と生理的役割の解明

細胞膜H+-ATPaseは、H+の能動輸送を行う一次輸送体であり、様々な二次輸送体を介した物質輸送の駆動力を形成する、植物に必須の酵素である。H+-ATPaseの活性化にはC末端Thrのリン酸化が重要であることが知られており、シロイヌナズナのロゼット葉のH+-ATPaseのリン酸化レベルは光合成に依存して顕著に上昇することが明らかになっている。しかし、光合成が行われる葉緑体からH+-ATPaseが局在している細胞膜へのシグナル伝達機構は全く不明である。そこで、H+-ATPaseリン酸化のシグナル伝達因子を探索するため、リン酸化レベルを直接の指標としたスクリーニングを行い、暗所でリン酸化レベルが高い変異株、または光を照射してもリン酸化レベルが上昇しない変異株を単離した。約5000株をスクリーニングした結果、リン酸化レベルが暗所で高い株が8株、光照射下で低い株が12株得られた。このなかで、リン酸化レベルが暗所で高いD4-9株が最も顕著な表現型を示した。そこでD4-9株についてマッピングを進めたところ、SUC2遺伝子が原因遺伝子であることが明らかとなった。suc2変異体は成熟葉に糖が高蓄積することが知られており、今回得られた変異株でも同様であった。また、野生株のロゼット葉に糖を処理することでH+-ATPaseがリン酸化されることから、光合成によって作られた糖が光合成に依存したH+-ATPaseのリン酸化を仲介している可能性が考えられた。そこで、光に応答した糖蓄積のタイムコースを調べると、スクロースのタイムコースがH+-ATPaseリン酸化のタイムコースと一致していた。さらに、糖の合成が損なわれた変異株では光に応答したH+-ATPaseのリン酸化が抑制されており、糖が光合成に依存したH+-ATPaseのリン酸化を仲介していることが明らかになった。

細胞膜H+-ATPaseは、H+の能動輸送を行う一次輸送体であり、様々な二次輸送体を介した物質輸送の駆動力を形成する、植物に必須の酵素である。H+-ATPaseの活性化にはC末端Thrのリン酸化が重要であることが知られており、シロイヌナズナのロゼット葉のH+-ATPaseのリン酸化レベルは光合成に依存して顕著に上昇することが明らかになっている。しかし、光合成が行われる葉緑体からH+-ATPaseが局在している細胞膜へのシグナル伝達機構は全く不明である。そこで、H+-ATPaseリン酸化のシグナル伝達因子を探索するため、リン酸化レベルを直接の指標としたスクリーニングを行い、暗所でリン酸化レベルが高い変異株、または光を照射してもリン酸化レベルが上昇しない変異株を単離した。約5000株をスクリーニングした結果、リン酸化レベルが暗所で高い株が8株、光照射下で低い株が12株得られた。このなかで、リン酸化レベルが暗所で高いD4-9株が最も顕著な表現型を示した。そこでD4-9株についてマッピングを進めたところ、SUC2遺伝子が原因遺伝子であることが明らかとなった。suc2変異体は成熟葉に糖が高蓄積することが知られており、今回得られた変異株でも同様であった。また、野生株のロゼット葉に糖を処理することでH+-ATPaseがリン酸化されることから、光合成によって作られた糖が光合成に依存したH+-ATPaseのリン酸化を仲介している可能性が考えられた。そこで、光に応答した糖蓄積のタイムコースを調べると、スクロースのタイムコースがH+-ATPaseリン酸化のタイムコースと一致していた。さらに、糖の合成が損なわれた変異株では光に応答したH+-ATPaseのリン酸化が抑制されており、糖が光合成に依存したH+-ATPaseのリン酸化を仲介していることが明らかになった。