共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 植物ホルモン・ブラシノステロイドによるクロロフィル生合成制御機構の解明
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 京大生命科学
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 中野雄司

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 山上あゆみ 京大生命科学 助教

2

 立花　諒 京大生命科学 博士課程学生

3

 明間　莉乃 京大生命科学 修士課程学生

4

 田中亮一 北大低温研

5

 高林　厚史 北大低温研

研究目的 クロロフィル代謝の制御は植物科学全体にとって重要な課題であり、なかでも寒冷圏の植物は春に急激にクロロフィル合成を行う必要があり、その制御のメカニズムを明らかにすることは重要である。クロロフィル中間代謝物の多くは、もし、細胞内に過剰に蓄積してしまうと光に反応して活性酸素を発生してしまうことが知られている。したがって、クロロフィル合成経路は細胞内で厳密に制御されていると考えられる。寒冷圏の植物が春に一斉に芽吹くときは、活発にクロロフィル合成が行われるため、活性酸素が大量に発生する危険性がある。本研究は、この危険を回避する光や植物ホルモンに応じたクロロフィル代謝酵素遺伝子転写制御機構の解明を目指す。
クロロフィル生合成経路概略図（左）およびBrz処理時の遺伝子発現（右）　　
研究内容・成果 クロロフィルは約20段階の異なる反応ステップを司る酵素群により生合成されている（図1左）。我々はこれまでに暗所条件下でBR生合成阻害剤Brzを添加した植物体においては、クロロフィル生合成経路に関わる酵素をコードする遺伝子群の発現が網羅的に増加することを明らかにしている (図1右)。しかしながら、BRシグナル伝達がこれらの遺伝子発現を制御する詳細な分子機構には未解明な点が多く残されている。そこで、我々が発見した新規BRシグナル伝達因子Xの欠損植物体および高発現植物体において、クロロフィル生合成関連酵素群の遺伝子発現を解析した結果、HEMA1、GUN4などの遺伝子発現が欠損株において増加し、反対に高発現株においては減少していることが明らかとなった。
そこで、2023年12月11日〜12日にかけて北海道大学・低温科学研究所における共同研究実験を計画し、田中亮一教授と研究スタッフのご助力によって、暗所発芽させた野生型株、因子Xの欠損株および高発現株におけるクロロフィル中間体およびカロテノイドのHPLC解析を行って頂いた。その結果、Proto IXやMg Proto IXなどは検出できなかった一方、DV-PchlideおよびMV-Pchlideの蓄積を確認することができた。因子Xの欠損株においては、DV-PchlideおよびMV-Pchlideの蓄積量が有意に増加していたことに対し、高発現株においては減少している傾向が確認された。また、因子Xの欠損株および高発現株においては、カロテノイド蓄積量が変動している可能性が見出された。これらの解析結果より、因子XはBRシグナル伝達の下流において機能し、クロロフィル生合成遺伝子の発現を網羅的に制御することにより、植物体におけるクロロフィル中間体およびカロテノイド蓄積量を調節する機能を持っている可能性が考察されるという重要な知見を得ることが出来た。
クロロフィル生合成経路概略図（左）およびBrz処理時の遺伝子発現（右）　　
成果となる論文・学会発表等