Home研究成果(プレスリリース)研究成果(プレスリリース)2016当サイトは、Javascriptを使用しています。Javascriptを無効にして閲覧した場合、コンテンツが正常に動作しないおそれやページが表示されない場合があります。当サイトをご利用の際には、Javascriptを有効にして閲覧下さい。)らの共同研究グループは、これまで糖の輸送体として考えられてきたSWEETタンパク質が植物ホルモン「ジベレリン」を輸送することを発見しました。促進する低分子化合物です。これまでにジベレリンの代謝や情報伝達に関与する多くの因子が同定されていますが、植物体内でジベレリンがどのように輸送されているのかについては、ほとんど明らかになっていませんでした。共同研究グループは、これまでにジベレリン、アブシシン酸、ジャスモン酸などの植物ホルモンの受容体をセンサーとして利用した酵母two-hybrid系[1]を用いることで、これらの植物ホルモンを輸送するタンパク質を網羅的に見つけ出す方法を開発してきました注1)。今回、この方法を使い、シロイヌナズナのSWEET13、SWEET14というタンパク質が、ジベレリンを細胞内へ取り込む輸送体であることを発見しました。SWEETタンパク質は糖の輸送体としてバクテリアから高等生物まで広く存在していますが、SWEETタンパク質が糖以外の化合物を輸送することが明らかになったのは初めてです。今後、植物体内におけるジベレリンの局所的な分布を変化させることで、植物の成長や種子発芽、開花などを精密にコントロールすることにより、植物の収量増大につながる新たな成長調節技術の開発が可能になると期待できます。ネットワーク」の支援により行われました。Communications』(10月20日号)に掲載されました。生理過程を促進する低分子化合物です。農業の現場では、種なしブドウの生産の際に、種子のない果実が実る単為結果[2]を引き起こす農薬などとして用いられています。ジベレリン生合成阻害剤は矮化(わいか)剤[3]として花卉(かき)園芸[4]などに用いられています。「緑の革命[5]」でイネやコムギの倒伏防止に役立った「半矮性[6]」の形質が、ジベレリンの生合成もしくは情報伝達に関与する遺伝子の変異によるものだったことも知られています。これまでに、植物体内のジベレリン量がどのように調節されているのか、またジベレリン量がどのように認識され、その情報がどのように処理されることで生理応答が引き起こされるのかについて、多くの研究が行われてきました。ジベレリンがどこで作られ、どのように移動し、どこで作用するかについてはほとんど分かっていませんでした。そのため、ジベレリンの輸送を制御する因子、すなわち輸送体の特定が求められていました。研究手法と成果ジベレリン受容体GID1は、DELLAと呼ばれるタンパク質とジベレリン依存的に結合します(図1)。DELLAは、GID1と結合しない状態ではジベレリン応答を抑制していますが、細胞内ジベレリン濃度が上昇しGID1と結合することにより分解されます。その結果として下流の情報伝達系が活性化し、ジベレリン応答が引き起こされます。GID1とDELLAのジベレリン依存的な結合は、酵母two-hybrid系によって検出することが可能です(図2)。共同研究グループが低濃度のジベレリン存在下でGID1とDELLAの結合を促進するシロイヌナズナ由来タンパク質を網羅的に探索した結果、SWEET13、SWEET14はジベレリン取り込み輸送体として働くことが分かりました。次に、SWEET13、SWEET14を同時に欠損したシロイヌナズナの二重変異体を作製し、野生型と生育を比較しました。二重変異体では、葯(やく)[7]の開裂のタイミングが野生型に比べて遅れるため、受粉が正常に行われず(図3a)、植物が受粉し果実を作る「稔性」の低下がみられました(図3b)。内生ジベレリン量が低下した突然変異体で類似した表現型が観察されること、二重変異体の表現型がジベレリン処理で回復することから、SWEET13、SWEET14は、葯においてジベレリンの働きを促進すると考えられます。一方で、二重変異体の種子および芽生えは、ジベレリン生合成変異体とは逆に、野生型より大きく(図3c、d)なりました。ジベレリンの働きを抑えるアブシシン酸の存在下で、野生型より発芽しやすいことが分かりました。ジベレリンの働きを抑制すると考えられます。今後の期待これまでにNPFと呼ばれるタンパク質の一部がジベレリン輸送体として働くことが報告されていました。今回の研究では、それとは異なる「SWEETタンパク質」がジベレリンを輸送することを明らかにしました。このことは、植物内でのジベレリンの輸送が、複雑かつ精密に制御されていることを意味しています。輸送体の働きを利用することで、例えば植物体内におけるジベレリンの局所的な分布を変化させ、植物の成長や種子発芽、開花などを精密にコントロールするといった、作物の収量増大につながる新たな成長調節技術の開発が可能になると期待できます。これまで糖の輸送体として考えられてきたSWEETが、ジベレリンを輸送することが明らかになった点も重要な発見です。植物体内に存在する多種多様の化合物の輸送が、限られた数の輸送体によってどのように制御されているのかを明らかにする発端になることも期待できます。mail.sci.tohoku.ac.jp(※[at]は@に置き換えてください。jmj.tmu.ac.jp(※[at]は@に置き換えてください。酵母細胞内で2種類のタンパク質の結合を検出する方法。通常、一方のタンパク質に特定のDNA結合配列を付加し、もう一方のタンパク質に転写活性化領域を付加する。2種類のタンパク質が結合した場合、その複合体が1つの転写活性化因子として機能し、下流のマーカー遺伝子発現を活性化する。選択培地上で酵母が生育可能か否かで、結合の有無を判断できる。受精が行われないままに子房や花床が発達し、種子のない果実が実ること。植物の成長を抑制し、草丈を低くするために用いられる薬剤。観賞用の植物(例えば菊、盆栽など)を栽培すること。5.緑の革命1940〜60年代に、イネやコムギなどの収穫量を増やすために行われた品種改良。収量が低下しない程度のやや草丈の低い形質。7.葯(やく)おしべの一部で上端にあり、花粉を作る袋状の器官。ジベレリン(GA)依存的なGID1受容体とDELLAタンパク質の結合(a)ジベレリンがない(濃度が低い)ときは、DELLAがジベレリン応答を抑制する。(b)ジベレリンがある(濃度が高い)ときは、GID1とDELLAが結合した後、DELLAが26Sプロテアソーム系で分解される。これによりジベレリン応答が活性化する。生育に欠かせないアミノ酸の一つであるヒスチジンを合成できない酵母細胞内で、ヒスチジン合成遺伝子(HIS)の上流域(UAS)に結合するタンパク質ドメイン(DBD)を付加したジベレリン受容体GID1と、転写活性化ドメイン(AD)を付加したDELLAを同時に発現させる。(a)輸送体がない場合、酵母細胞内にジベレリン(GA)が取り込まれず、GID1とDELLAが結合しない。その結果、酵母細胞はヒスチジンを合成できず生育できない。(b)輸送体がある場合、酵母細胞内へジベレリンが取り込まれる。その結果、GID1とDELLAの結合が誘導され、ヒスチジンが合成されるため、酵母は生育可能になる。シロイヌナズナの野生型およびSWEET13、SWEET14を同時に欠損した二重変異体の生育(a)二重変異体の葯は、野生型に比べて開裂のタイミングが遅れた。(b)二重変異体の花茎には種子を正常に含まないサヤ(赤色の矢じり)があり、稔性の低下がみられた。(c)二重変異体の乾燥種子は、野生型よりも大きくなった。(d)二重変異体の芽生えは、野生型よりも大きく、根も長くなった。