新潟大,植物光センサーの活性制御機構を解明

新潟大学の研究グループは,植物がまぶしい光にも,かすかな光にも確実に応答する光感受性の広さが,植物光センサータンパク質「フォトトロピン」の活性制御によって実現されることを発見した(ニュースリリース)。

植物が,茎や芽生えの胚軸といった器官を光源に向かって成長させる光屈性反応は,太陽光の強い光でも,その1億分の1の微弱な光でも引き起こされる反応であり,頑健性のある反応となる。

双子葉植物シ口イヌナズナの光センサー・フォ卜卜口ピン1(phot1)は,微弱光から強光まで,光強度が8桁以上も異なる青色光を感知して光屈性を誘導することができる。

どのようにして単一の光センサーがこれほど広いダイナミックレンジを実現しているのか,その仕組みはよく分かっていない。研究グループはこれまで,RPT2と呼ばれる因子が何らかの作用によってphot1の光感受性を下げ,強光に適応する仕組みを働かせることを明らかにしていた

この研究では,phot1が光を感知するとその酵素活性が上昇することに着眼し,RPT2がphot1の光に応答した活性化を抑制するという仮説を立てた。そこでRPT2タンパク質の生産量が正常なシ口イヌナズナ野生株,RPT2を失った突然変異体,RPT2を過剰に生産する株,それぞれに光を当てphot1の活性を比較した。

すると,野生株のphot1に比べてrpt2が欠失した突然変異体のphot1は活性が高く,過剰生産株のphot1は活性が低くなっていた。このとき,RPT2はphot1の活性調節部位であるLOV1と名付けられたドメインに結合していることを明らかにした。これらの結果から,RPT2はphot1の活性化を抑制する調節因子であることが明らかになった。

また,この研究では,RPT2タンパク質が暗所においてユビキチン-プ口テアソームタンパク質分解機構によって分解されること,phot1がRPT2の分解を抑制することも発見した。

既に明らかになっていたRPT2遺伝子転写制御と合わせると,RPT2タンパク質の生産量が暗所や弱光下では低く,強光下では高くなるようダイナミックに調節されることで,RPT2がいわば可変抵抗器として機能し,暗所や微弱光下ではphot1が活性化しやすく,逆に強光下ではphot1は過剰に活性化しなくなると考えられたという。

この研究の成果が発展することにより,植物が環境に適応しながら成長する仕組みの理解が深まるだけでなく,環境適応性が良く,収量の高い作物の創出にも繋がるとしている。

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