東大、植物細胞が水を吸収した時の応答を制御するタンパク質を発見

植物の浸透圧応答の新奇制御因子を発見



【発表者】
　・津釜大侑
　　（東京大学大学院農学生命科学研究科　生産・環境生物学専攻　博士課程３年、独立行政法人　日本学術振興会　特別研究員ＤＣ１）
　・柳参奎
　　（中国東北林業大学　教授）
　・高野哲夫
　　（東京大学アジア生物資源環境研究センター　准教授）


＜発表概要＞
　植物細胞が水を吸収した時の応答を制御するタンパク質を発見しました。植物を水に浸けると、細胞内におけるこのタンパク質の存在部位が変化し、これにより吸水時の応答が誘起されることがわかりました。


＜発表内容＞
　水は全生物に必須であり、移動能力を持たない植物も、乾燥や降雨などの水環境の変化に対して様々な応答を行います。アブシシン酸（ＡＢＡ）はそれらの応答において重要な役割を持つ植物ホルモンであり、乾燥条件下では植物体内のＡＢＡ含量が増加し、降雨や多湿など吸水可能な条件下では植物体内のＡＢＡ含量が低下します。吸水時のＡＢＡ含量の低下は、ＡＢＡを不活性な物質に変換する酵素（ＣＹＰ７０７Ａ１／３）の存在量が増加することにより引き起こされることが示唆されていましたが、吸水時になぜＣＹＰ７０７Ａ１／３が増加するかは明らかではありませんでした。我々はモデル植物のシロイヌナズナ（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ）を用いてＶＩＰ１というタンパク質について解析を行い、ＶＩＰ１が吸水に応じてＣＹＰ７０７Ａ１／３の存在量を増加させるという証拠を得ました（図１）。

　緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）に融合した形のＶＩＰ１を体内に持つ遺伝子組換えシロイヌナズナを作出し、ＶＩＰ１の細胞内における存在部位を調べたところ、以下の興味深い現象に気づきました。細胞内よりも溶質濃度が薄い水溶液中に植物を浸けておくと、細胞核におけるＧＦＰ蛍光の強度が一過的に高まるという現象です（図２）。植物を浸ける水溶液の溶質濃度を高めるとこのような現象は観察されなかったことから、細胞が吸水可能な条件下でＶＩＰ１の核内存在量が増加するということが示唆されました。

　核に存在するタンパク質のうち、転写因子と呼ばれるタンパク質は他のタンパク質の細胞内存在量を調節する機能を持っています。我々はＶＩＰ１がＣＹＰ７０７Ａ１／３の存在量を調節する転写因子であるか調べました。その結果、ＶＩＰ１が過剰に存在する時にＣＹＰ７０７Ａ１／３の合成がより活性化される（図３）など、ＶＩＰ１がＣＹＰ７０７Ａ１／３の存在量の調節に関わるという種々の証拠が得られました。

　植物の水環境への適応機構を明らかにすることは、乾燥に強い植物の作出といった応用的観点からも重要です。しかし、植物がいかにして水の利用性あるいは浸透圧の変化を感知するかについては、未解明な点が多く残されています。今後そうした点を明らかにしていく上で、本研究の提供する知見は重要であると考えられます。


　※以下の資料は添付の関連資料「図１〜３」を参照
　　・図１　乾燥・吸水時のＡＢＡ含量の調節
　　・図２　吸水時のＶＩＰ１−ＧＦＰの細胞内存在部位の変化
　　・図３　ＶＩＰ１はＣＹＰ７０７Ａ１／３の合成を促進する


＜発表雑誌＞
　雑誌名：「Ｐｌａｎｔ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ」（オンライン版：３月２７日掲載）
　論文タイトル：Ａ　ｂＺＩＰ　ｐｒｏｔｅｉｎ，　ＶＩＰ１，　ｉｓ　ａ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　ｏｆ　ｏｓｍｏｓｅｎｓｏｒｙ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｉｎ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ
　著者：Ｄａｉｓｕｋｅ　Ｔｓｕｇａｍａ，　Ｓｈｅｎｋｕｉ　Ｌｉｕ　ａｎｄ　Ｔｅｔｓｕｏ　Ｔａｋａｎｏ
　ＤＯＩ：１０．１１０４／ｐｐ．１１２．１９７０２０