植物観察）箱根

5月20日に行って以来、土日に用事があったり天候が悪かったりでなかなか行くことができませんでしたが、久しぶりに箱根へ行ってきました。平地は猛暑でしたが、山の上はガスがかかり、涼しく感じられました。バイケイソウは花成しなかった個体は全て枯れてなくなっていましたが、花成個体は満開となっていました。しかし今年は花成個体が少ない。今回歩いたコースでは4個体しか確認できませんでした。北海道 野幌森林公園では花成個体が全く見られませんでしたので、それよりは良いほうですが、ここ箱根においても、今年はバイケイソウの「はずれ年」と言えそうです。確認された4個体はかなりはなれた地点に点在している状態でした。今年のように花成個体数が少ない年は自家不和合のバイケイソウの稔実はどうなるのでしょうか。花としては、ヤマアジサイ（Hydrangea serrata ）、タマアジサイ（Hydrangea involucrata ）、フジアカショウマ（Astilbe thunberbii var. fujisanensis ）、ヒトツバショウマ（Astilbe simplicifolia ）、キンレイカ（Patrinia triloba var. palmata ）、シモツケソウ（Filipendula multijuga ）が見られました。今年はウバユリ（Cardiocrinum　cordatum ）の花成個体を幾つか見かけましたが、まだ蕾の状態でした。

 

今年の箱根はバイケイソウの花成個体が非常に少ない

 

ヤマアジサイ（Hydrangea serrata ）

 

キンレイカ（Patrinia triloba var. palmata ）

 

ウバユリ（Cardiocrinum　cordatum ）はまだ蕾の状態でした

論文）エチレン受容体ETR1のN末端が発するシグナル

Arabidopsis RTE1 Is Essential to Ethylene Receptor ETR1 Amino-Terminal Signaling Independent of CTR1
Qiu et al.  Plant Physiology (2012) 159:1263-1276.
doi:10.1104/pp.112.193979

シロイヌナズナにはエチレン受容体が5種類存在し、それらは原核生物の2コンポーネントヒスチジンキナーゼ（HK）タンパク質と類似した構造をしている。サブファミリー I エチレン受容体であるEthylene Response 1（ETR1）タンパク質の場合、N末端から順に、エチレンが結合する膜貫通ドメイン、GAF（cGMP-specific phosphodiesterases, adenylyl cyclases, and FhlA）ドメイン、HKドメイン、レシーバードメインから構成されている。複数のエチレン受容体が機能喪失した変異体は恒常的にエチレンに応答した状態の表現型を示し、エチレン受容体はエチレン応答の負の制御因子として機能している。Ser/Thrキナーゼ活性を有したMEKキナーゼのConstitutive Triple Response 1（CTR1）は、エチレン受容体の下流で作用する因子であり、N末端がエチレン受容体のHKドメインと物理的に相互作用をする。この相互作用はエチレンシグナルの出力にとって重要であるが、HK活性やHKドメインとは独立したETR1エチレン受容シグナルの出力も存在することが示されている。ゴルジ体/小胞体タンパク質のReversion To Ethylene Sensitivity 1（RTE1）は、エチレン非感受性優性変異体etr1-2 のサプレッサースクリーニングによって単離されたエチレン応答の負の制御因子で、ETR1のN末端側と相互作用をする。しかしながら、RTE1とETR1のN末端側のエチレンシグナル出力との関係は明らかではない。中国科学院上海生命科学研究院のWen らは、HKドメイン以降を欠いたN末端側のETR1のエチレンシグナル出力とCTR1やRTE1との関係を調査した。暗所で育成したctr1-1 変異体芽生えは恒常的なエチレン応答表現型を示し、エチレン非存在下でも胚軸や根が短く、茎頂フックが誇張される。ctr1-1 変異体においてETR1のN末端もしくは膜貫通ドメインにアミノ酸置換（C65Y）が起こりエチレン非感受性を示すetr1-1のN末端を発現させると、ctr1-1 変異の表現型が部分的に緩和されて胚軸が長くなった。これらの芽生えをエチレン処理するとETR1 N末端を発現させた個体では胚軸伸長が抑制されるが、etr1-1 N末端を発現させた個体では胚軸伸長阻害が起こらなかった。etr1-1 ctr1-1 二重変異体芽生えはctr1-1 変異体と類似した表現型を示すが、エチレンの有無に関係なく胚軸が僅かにctr1-1 変異体よりも長くなり、成熟個体ではctr1-1 変異による成長障害が僅かに緩和された。明所で育成した芽生えでは、etr1-1 N末端を発現させた個体はETR1 N末端を発現させた個体よりもctr1-1 変異による成長障害を強く抑制した。よって、CTR1の欠損による恒常的なエチレン応答性は、ETR1 N末端からのシグナルによって抑制されることが示唆される。また、etr1-1 N末端のシグナルは、CTR1とは独立していることに加えて、エチレンの影響も受けない。Ethylene Response Factor 1 （ERF1 ）はエチレン処理によって発現が誘導され、その発現量はエチレン応答性を示す指標となるが、ctr1-1 変異体でetr1-1 N末端やETR1 N末端を発現させると、ERF1 発現量はctr1-1 変異体での発現量よりも低くなった。よって、ETR1のN末端から発せられるシグナルはCTR1とは独立したものであることが示唆される。ctr1-1 変異はSer/Thrキナーゼ活性が低下したことによって生じたものであり、ctr1-1タンパク質は発現している。キナーゼドメインを欠いたCTR1をコードしているctr1-2 変異体でETR1 N末端やetr1-1 N末端を発現させた場合も、ctr1-2 変異による成長障害や恒常的エチレン応答が部分的に抑制された。以上の結果から、ETR1 N末端からのシグナルはCTR1とは独立してエチレン応答を抑制し、エチレンはETR1 N末端のシグナルを妨げることが示唆される。ctr1-1 変異体にETR1 遺伝子にナンセンス変異（W74stop）が入ったetr1-7 変異を導入した黄化芽生えはctr1-1 変異体よりも強い恒常的エチレン応答表現型を示し、成長障害を越すが、ETR N末端もしくはetr1-1 N末端をetr1-7 ctr1-1 二重変異体やetr1-7 ctr1-2 変異体で発現させた黄化芽生えは成長障害が抑制された。また、ETR1 N末端を発現させたetr1-7 ctr1-1 二重変異体やetr1-7 ctr1-2 変異体黄化芽生えをエチレン処理すると胚軸伸長が阻害されるが、etr1-1 N末端を発現させた黄化芽生えでは阻害は起こらなかった。etr1-7 ctr1-1 二重変異体やetr1-7 ctr1-2 変異体の明所育成芽生えや成熟個体での成長障害もETR N末端もしくはetr1-1 N末端を発現させることによって抑制された。ETR N末端もしくはetr1-1 N末端の発現によるctr1 変異体の表現型抑制に対して野生型ETR1の欠損の及ぼす効果は僅かであり、ETR1 N末端を発現させたctr1-1 変異体やctr1-2 変異体はETR1 N末端を発現させたctr1 etr1-7 変異体よりも僅かに大きくなった。よって、ctr1-1 変異体やctr1-2 変異体での恒常的エチレン応答性のETR1 N末端による抑制は野生型ETR1がなくても起こる。RTE1 の過剰発現はエチレン非感受性となる。etr1-7 変異体でRTE1 を過剰発現させた場合はエチレン非感受性とならないが、ETR1 N末端を発現させることでエチレン非感受性が回復する。RTE1 を過剰発現させたctr1-1 変異体黄化芽生えは恒常的エチレン応答性の低減を起こさなかったが、同時にETR1 N末端を発現させることで低減が起こった。このctr1-1 変異体でのRTE1 過剰発現によるETR1 N末端シグナルの促進効果は、明所育成芽生えや成熟個体においても観察された。また、ETR1 N末端によるctr1-1 変異体の表現型抑制効果はrte1-2 変異が導入されることで打ち消された。よって、CTR1と独立したETR1 N末端からのシグナルによる恒常的エチレン応答の抑制にはRTE1が必須であり、RTE1はETR1シグナルを促進していることが示唆される。キナーゼドメインを欠いたCTR1 N末端はエチレン受容体と相互作用をするが、過剰発現させるとエチレンシグナル伝達が妨げられることによって恒常的エチレン応答性を示す。CTR1 N末端過剰発現個体でETR1 N末端を発現させると恒常的エチレン応答の表現型が抑制されることから、ETR1 N末端からのシグナル出力は完全長エチレン受容体を介して発せられるのではなく、完全長エチレン受容体はETR1 N末端と協働してCTR1とは独立したシグナルを発していると考えられる。

論文）活性酸素種を介したアブシジン酸とオーキシンのクロストーク

DEXH Box RNA Helicase-Mediated Mitochondrial Reactive Oxygen Species Production in Arabidopsis Mediates Crosstalk between Abscisic Acid and Auxin Signaling
He et al.  Plant Cell (2012) 24:1815-1833.
doi:10.1105/tpc.112.098707

中国農業大学のGong らは、シロイヌナズナのEMS処理変異体集団からアブシジン酸（ABA）処理によって芽生えの一次根の成長が阻害されるABA-overly sensitive （abo ）変異体を複数単離しており、今回、abo6 について詳細な解析を行なった。abo6 変異体芽生えの一次根はABA無処理でも野生型より短いが、一次根成長に対するABA感受性が野生型よりも強い。また、芽生え子葉の緑化において、abo6 変異体はABA、NaCl、マンニトールに対する感受性が高い。鉢で栽培したabo6 変異体は野生型よりも乾燥ストレス耐性があり、切り葉の水分損失も野生型よりも遅かった。水を十分与えたabo6 変異体芽生えの気孔開度は野生型よりも小さく、水分条件に関係なくabo6 変異体芽生えは野生型よりも多くのProや可溶性糖類を含んでいた。これらの結果から、abo6 変異体は恒常的にストレスを受けた状態にあり、乾燥耐性の表現型を示しているものと思われる。abo6 変異体の原因遺伝子を探索したところ、At5g04895遺伝子のATGから1575番目のGがAに置換しており、翻訳産物において334番目のGlyがGluに置換することがわかった。ABO6 はDEAD box RNA ヘリカーゼとアノテートされていた。シロイヌナズナには58のDEAD boxタンパク質があり、その多くはsf2ファミリーに属し、ファミリーはさらにDEAD、DEAH、DExD/Hのサブファミリーに分かれている。abo6 変異体でのGly334からGlu334への置換はDEXH領域内で発生しており、Gly334は他植物のABO6ホモログにおいて保存されていた。ABO6 遺伝子へのT-DNA挿入系統はホモ接合体が得られないことから、ABO6 は植物の生存にとって必須であると考えられる。ABO6はミトコンドリアに局在し、ABO6 の発現は根や花において葉や茎よりも強く、興味深いことにABA処理によって発現量が減少した。ABO6 はミトコンドリアがコードしているNADHデヒドロゲナーゼ（複合体I）のサブユニットnad 遺伝子の幾つかのシスおよびトランススプライシングに関与しており、ABA処理はNAD1 、NAD2 、NAD5 の発現量を減少させることがわかった。ミトコンドリア複合体Iの障害は呼吸障害をもたらし、活性酸素種（ROS）の過剰生産を引き起こす。abo6 変異体は野生型よりも葉や根のROS蓄積量が多くなっていた。また、ABA処理や乾燥処理はabo6 変異体において野生型よりも多くのROSが誘導された。ミトコンドリアの生産するROSは逆向性のシグナルとして作用し、幾つかの核コード遺伝子の発現を誘導する。abo6 変異体ではオルタナティブオキシダーゼ1a （AOX1a ）やBクラスNADHデヒドロゲナーゼ遺伝子ファミリー（NDB2 、NDB3 、NDB4 ）の転写産物量が野生型よりも多く、これら4遺伝子の発現はABA処理によって増加した。ミトコンドリアの生産するROSが二次メッセンジャーとして機能して一次根の成長を阻害しているを調査するために、培地にROSスカベンジャーの還元型グルタチオン（GSH）を添加したところ、ABAによるabo6 変異体の種子発芽阻害や芽生え一次根成長阻害が低減した。別のROSスカベンジャーとしてジチオスレイトール（DTT）を添加した場合も同様の結果となった。よって、ABAによる種子発芽や芽生え一次根成長の阻害には酸化状態が重要な役割を演じていることが示唆される。GSH生合成経路の律速酵素であるγ -グルタミルシステイン合成酵素を阻害するブチオニンスルフォキシミン（BSO）による根の伸長抑制に対してabo6 変異体は野生型よりも耐性を示した。そしてBSO耐性に呼応してBSO処理したabo6 変異体は野生型よりもGSH含量が高くなっていた。BSOとABAはabo6 変異体と野生型の根の伸長阻害に対して相加的に作用することから、BSOによる酸化ストレスの強化はABAによる根の伸長阻害を強めることが示唆される。ABAシグナル伝達に関与しているタンパク質フォスファターゼ2CをコードしているABI1 およびABI2 のドミナントネガティブ変異体abi1-1 およびabi2-1 はROS生産量が減少しており、abo6 との二重変異体はABAによる根の伸長阻害や種子発芽阻害に対して抵抗性を示した。よって、ABI1、ABI2はミトコンドリアのROS生産制御に関与していることが示唆される。シロイヌナズナゲノムには10種のNADPHオキシダーゼ触媒サブユニット遺伝子が存在し、ABAは細胞膜NADPHオキシダーゼのRBOHDとRBOHFを制御することでROS生産に関与していることが知られている。abo6 rbohF 二重変異体は種子発芽におけるABA感受性がabo6 単独変異体と同等であり、abo6 変異が優位にあった。abo6 rbohF 二重変異体の一次根の成長は、通常の条件でabo6 変異体よりも早く野生型よりも遅かった。ABAによる阻害の程度はabo6 変異体よりも弱いことから、rbohF 変異はabo6 変異のABAによる一次根成長阻害を和らげていることが示唆される。rbohF 変異体のミトコンドリアでの過酸化物の蓄積量はABA処理の有無に関係なく野生型と同等であり、通常条件のabo6 rbohF 二重変異体ミトコンドリア過酸化物蓄積量はabo6 変異体と同程度で、ABA処理条件ではabo6 変異体よりも少なくなった。よって、RBOFHはABA処理によるミトコンドリアでの過酸化物蓄積に関与していることが示唆される。よって、細胞内のROS量は細胞膜とミトコンドリアの両者が生産するROSによって維持されていると考えられる。abo6 変異体はPIN1、PIN2、AUX1といったオーキシンキャリアの量が野生型よりも少なく、ABA処理によってabo6 変異体においても野生型においてもオーキシンキャリアの量が減少し、その減少量はabo6 変異体のほうが多くなっていた。GSHを添加することでオーキシンキャリア量は増加し、その増加の程度は野生型よりもabo6 変異体で高くなっていた。また、BSOの添加はabo6 変異体においても野生型においてもオーキシンキャリア量を減少させた。GSHとABAの同時添加はABA添加によるオーキシンキャリア量の減少を低減させ、BSOとABAの同時添加はオーキシンキャリア量を大きく減少させた。よって、abo6 変異体でのROS生産はオーキシンキャリア量の減少をもたらし、これがオーキシン輸送能力やオーキシン量の低下を引き起こしていると考えられる。以上の結果から、ABAとオーキシンはミトコンドリアでのROS生産を通して相互作用し、一次根の成長や種子発芽を制御していることが示唆される。

論文）LAX PANICLE1（LAX1）のシロイヌナズナオーソログ

The bHLH protein ROX acts in concert with RAX1 and LAS to modulate axillary meristem formation in Arabidopsis
Yang et al.  Plant J (2012) 71:61-70.
doi: 10.1111/j.1365-313X.2012.04970.x

イネlax panicle1 （lax1 ）変異体は枝梗や頴花の数が減少し、栄養成長期の分けつ分裂組織の形成も減少する。また、トウモロコシbarren stalk1 （ba1 ）変異体は生活環の全体にわたって側生分裂組織の誘導が抑制される。LAX1 とba1 の転写産物は発達中の側生分裂組織の向軸側の境界領域に蓄積し、bHLH型転写因子のオーソログをコードしている。ドイツ マックス・プランク植物育種学研究所のTheres らは、LAX1と類似性の高いシロイヌナズナタンパク質をBLAST探索し、bHLH140がLAX1とBA1にもっとも配列が類似していることを見出した。bHLH140のbHLHドメインは、LAX1やBA1と81％の類似性があり、グルタミン（Q）、アラニン（A）、アルギニン（R）のアミノ酸残基を含んだQARモチーフが存在する。シロイヌナズナにはQARモチーフを含んだbHLH140 関連遺伝子が14個存在し、5つのサブグループに分かれ、bHLH140 、LAX1 、ba1 は同一サブグループに属している。よって、bHLH140 はシュートの分枝に関してLAX1 やba1 と同一の機能があると考え、REGULATOR OF AXILLARY MERISTEM FORMATION (ROX )と命名した。T-DNAの挿入により機能喪失したrox 変異体は、一見、野生型と同一の分枝パターンを示すが、短日条件で育成した4週目の植物体を長日条件に移して花成誘導させると、11枚目までの葉腋に形成される腋芽の割合が野生型よりも低くなっていることがわかった。長日条件下でのrox 変異体の腋芽形成は野生型と同等であることから、ROXは短日条件下での栄養成長初期の腋芽形成に関与していると考えられる。ROXにSRDXを付加したキメラリプレッサーを35S プロモーター制御下で発現させた形質転換体はわい化し、花成遅延を起こした。花は正常な形態をしていたが、稔実率は低くなった。野生型では5枚目までのロゼット葉の葉腋には腋芽はできないが、ROXSRDX 個体では15枚目までの葉腋において腋芽形成が抑制された。ROX のORFを35S プロモーター制御下で発現させた形質転換体は、約半数がわい化し、葉が下向きの湾曲して小型化して葉色が濃くなり、花序が縮まるといった形態変化を示した。このような個体は花成が早くなり、花が小型化し、野生型の花粉で交雑しても稔実率が低下した。また、全てのROX 過剰発現個体において、成長後期に形成されたロゼット葉および茎出葉の葉腋に副芽が形成された。副芽は一次芽もしくは分枝が形成された後に出現し、しばしば茎出葉の葉腋から2つの副芽/分枝が発達した。この副芽形成は分枝の葉腋においても観察された。同一栽培条件で野生型では副芽は殆ど形成されなかった。以上の結果から、ROXは栄養成長期と生殖成長期の両方において葉腋で複数の腋芽を形成させる能力を高めていると考えられる。ROX の発現パターンをin situ ハイブリダイゼーションで見たところ、栄養成長期においては、葉原基の向軸側の境界領域のL3層およびそれよりも下層の細胞において、そしてしばしば茎頂のL1層もしくはL1層とL2層の細胞で発現が見られた。横断切片での観察では、ROX 転写産物は茎頂分裂組織と若い葉原基との境界の中心部で円形に蓄積していた。栄養成長期の腋芽分裂組織形成はSHOOT MERISTEMLESS （STM ）の発現に基づいてP16期からP21期にかけての葉腋において見られるとされてきたが、ROX mRNAはP0期からP10/P13期の腋芽分裂組織が誘導される前に一過的に検出された。生殖成長期の茎頂では、花原基の向軸側の境界のL1およびL2層でROX 転写産物の蓄積が見られ、花序分裂組織ではステージ0から4の花原基の腋で発現が見られた。トマトBlind 遺伝子のオーソログのR2R3 MYB型転写因子をコードするREGULATOR OF AXILLARY MERISTEMS 1 （RAX1 ）のノックアウト変異体rax1-3 は成長初期のロゼット葉の葉腋からの腋芽形成が強く抑制されるが、rox-1 rax1-3 二重変異体ではそれぞれの単独変異体よりもさらに強く腋芽の形成が抑制された。しかしながら、生殖成長期の茎出葉の葉腋からの分枝形成はrax1-3 変異体や野生型植物と同等だった。また、二重変異体では二次シュートの葉腋からの三次芽形成が強く抑制された。よって、ROX とRAX1 は部分的に機能重複していると考えられる。LATERAL SUPPRESSOR （LAS ）遺伝子は腋芽分裂組織形成において重要な役割を果たしており、las-4 変異体は短日条件下で成熟させると上位3葉のロゼット葉のみに腋芽を形成するが、las-4 rox-1 二重変異体ではロゼット葉の葉腋での腋芽形成は見られず、las-4 rax1-3 二重変異体と類似した分枝形成欠損を示した。また、rox-1 rax1-3 las-4 三重変異体では全てのロゼット葉と茎出葉において腋芽形成が抑制された。よって、ROX 、RAX1 、LAS は腋芽分裂組織形成の制御において冗長的に作用していると考えられる。栄養成長期のlas-4 変異体茎頂においてROX の発現は減少していたが、生殖成長期のlas-4 変異体茎頂でのROX の発現は野生型と同等であった。栄養成長期のrox-1 茎頂でのLAS の発現パターンは野生型と類似いていた。栄養成長期のrax1 変異体ではROX の発現量が大きく減少していた。しかし、花成期ではrax 変異体でのROX の発現パターンは野生型と類似していた。よって、LAS とRAX1 は少なくとも栄養成長期においてはROX 転写産物の蓄積を正に制御していると考えられる。

論文）フィトクロムBとクリプトクロム1との相互作用

Light-dependent, Dark-promoted Interaction between Arabidopsis Cryptochrome 1 and Phytochrome B Proteins
Hughes et al.  JBC (2012) 287:22165-22172.
DOI:10.1074/jbc.M112.360545

フィトクロムB（phyB）とクリプトクロム1（CRY1）は様々な光形態形成の制御をしており、クロストークをしていることが示唆されているが、両タンパク質の直接の相互作用については不明な点が多い。米国 コロラド大学デンバー校のTucker らは、phyBのN末端側（1-621残基、phyBNT）をベイトに用いて、ビリンクロモフォアとしてフィコシアノビリン（PCB）を培地に添加して酵母two-hybrid法によるシロイヌナズナcDNAライブラリーのスクリーニングを行なった。そして、PCBを添加し暗所で培養した培地において、完全長CRY1がphyBと相互作用をすることを見出した。また、共免疫沈降アッセイ試験から、完全長phyBはCRY1のN末端側（1-551残基、CRY1(551)）と相互作用をすることが確認された。この相互作用は青色光下では暗黒下よりも低下することから、相互作用はCRY1の光活性化状態に依存していることが示唆される。phyBは暗黒下もしくは遠赤色光下でPr型に赤色光下ではPfr型に構造変化する。そしてPfr型phyBはPIFファミリー転写因子と相互作用することが知られている。CRY1がどちらの型のphyBと相互作用をするかをphyBNTを用いて調査したところ、CRY1はPr型phyBNTと特異的に結合することがわかった。また、phyBは青色光刺激を受けたCRY1とは相互作用をしないことが確認された。phyBの276番目のチロシン残基をヒスチジン残基に置換（Y276H）するとPfr型を維持したままとなる。このphyBNT(Y276H)はPIF3と相互作用をするが、CRY1とは相互作用をしなかった。このことからも、CRY1はPfr型phyBとは相互作用をしないことが示唆される。phyBのN末端100残基に含まれるP1ドメインはPIFタンパク質との相互作用に関与しており、この領域を欠いたphyB(101-621) はPIF3と相互作用をしないが、CRY1との相互作用は維持されていた。よって、CRY1とPIF3はphyBと相互作用をする部位が異なっていると考えられる。また、この相互作用はphyBNTの場合と同様に光依存性を示した。クロモフォアのFDAが結合できなくなったCRY1（CRY1 D390A）はphyBとの相互作用を示さず、phyBとの相互作用にはCRY1がクロモフォアと結合していることが必要であると考えられる。クリプトクロムはN末端側にDNA フォトリアーゼに類似した領域（PHR）を含んでいる。この領域のみを含むCRY1（1-506残基、CRY1(506)）はphyBとの相互作用をすることから、このPHRドメインが存在すればphyBとの相互作用が可能であると考えられる。興味深いことに、CRY1(551)とphyBの相互作用はPCBの存在に強く依存しているが、CRY1(506)とphyBの相互作用はPCB非存在下でも確認された。CRY1(506)とCRY1(551)は赤色光下でのphyBとの相互作用が低下したが、CRY1(506)はCRY1(551)よりも赤色光下でのphyBとの相互作用能が高くなっていた。よって、CRY1のC末端側507-551残基はPfr型phyBとの相互作用を妨げる役割があると考えられる。また、CRY1(506)はphyBNT(Y276H)とPCB非存在下においても相互作用を示した。青色光照射によって活性型となったCRY1(506)はphyBと相互作用をしないことから、光刺激を受けたCRY1 PHRはC末端側が存在しなくてもphyBとの相互作用ができないと考えられる。CRY1のホモログであるCRY2はphyBと相互作用をすることが報告されているが、CRY1との相同性が高いCRY2のPHRを含んだN末端側（CRY2 PHR）は、phyBNTと相互作用を示さなかった。よって、CRY1とCRY2はphyBと相互作用をする部位が異なっていると考えられる。CRY1のL409F変異はクロモフォア結合部位近傍のPHRドメインの変異で光刺激を受けた型と類似した状態を示し、この変異体ではphyBシグナル経路の感受性が高まっている。CRY1 L409FはphyBと相互作用を示さないことから、phyBは光刺激を受けていないCRY1とのみ相互作用をしていると考えられ、CRY1 L409F変異はphyB/CRY1相互作用が変化したことによってphyBシグナルが高まったと思われる。phyBとCRY1との相互作用の光照射による変化は、青色光および赤色/遠赤色光のシグナル伝達のクロストークに関与しているものと思われる。

論文）アブシジン酸トランスポーター

Identification of an abscisic acid transporter by functional screening using the receptor complex as a sensor
Kanno et al.  PNAS (2012) 109:9653-9658.
doi:10.1073/pnas.1203567109

シロイヌナズナでの観察から、アブシジン酸（ABA）は水ストレスに応答して維管束の柔細胞で生合成されることが明らかとなっている。よって、維管束で合成されたABAは孔辺細胞まで輸送され、気孔の閉鎖が起こるはずである。しかしながら、ABA輸送の分子機構については明らかとなっていない。理化学研究所植物科学研究センターの瀬尾らは、ABA受容体のPYR1にGAL4 DNA結合ドメインを付加し、ABA存在下でABA受容体と相互作用をするPP2C型タンパク質フォスファターゼ（ABI1、HAB1）にGAL4 アクティベーションドメインを付加した酵母two-hybrid系を用いてシロイヌナズナcDNAライブラリーのスクリーニングを行ない、低濃度ABA存在下で両者の相互作用を引き起こす遺伝子としてAt1g69850とAt1g27040を同定した。この2つの遺伝子は硝酸トランスポーター1/ペプチドトランスポーター（NRT1/PRT）ファミリーに属するトランスポーターをコードしており、At1g69850は以前に低親和性硝酸トランスポーターNTR1.2として報告されていた。今回同定された2つの遺伝子と同じグループに属するNTR1/PRTをコードする11のcDNAについて酵母two-hybrid系による調査を行なったところ、4つのcDNA（At1g69850、At1g27040、At3g25260、At3g25280）がABAを細胞内に取り込んでABI1とPYR1との相互作用をもたらすことが判った。そこでこれらの遺伝子をそれぞれABA-IMPORTING TRANSPORTER （AIT ）1 、2 、3 、4 と命名した。これら4種類のAITのうち、AIT1とAIT3はAIT2、AIT4よりもABAに対する親和性が高く、AIT1は生体内で合成される(S )エナンチオマーの(+)-ABAに対する親和性が化学合成された(R )エナンチオマーABA[(-)-ABA]よりも高くなっていた。一方、AIT3はABAの立体異性体で親和性に差がなく、ジベレリンの取り込み能力も有していた。AIT 遺伝子にT-DNAが挿入された変異体の(±)-ABAに対する応答性を見たところ、ait1 変異体は野生型と比べて種子発芽および発芽後の成長において低濃度ABAに対する感受性が低下していることがわかった。AIT1はABAアゴニストのピラバクチンを輸送基質とはしないが、ピラバクチンによる発芽阻害はait1 変異体と野生型で同等に起こった。AIT1 を過剰発現させた形質転換シロイヌナズナ種子はABAに対する感受性が高くなっていた。維管束で合成されたABAが孔辺細胞へ輸送される過程にAITが関与しているかを解析するために、気孔の開口を赤外線サーマルカメラで植物体の表面温度を測定することで間接的に調査した。その結果、ait1 、ait2 、ait3 の各変異体ともに葉の表面温度は野生型と同等であったが、ait1 変異体の花序茎の表面温度は野生型よりも低くなっていた。そこで、花序茎の気孔開度を測定したところ、ait1 変異体では野生型よりも気孔が開いていることがわかった。よって、AIT1によるABA輸送は花序茎の気孔閉鎖に関与していると考えられる。しかし、AIT1 過剰発現形質転換体では花序茎と葉の表面温度が野生型よりも低くなっていた。これは、維管束で合成されたABAが過剰発現させたAIT1によって細胞に取り込まれてしまうために合成の場から外へ輸送されず、気孔まで到達できないために起こっているのではないかと思われる。AIT1 過剰発現個体の花序茎はABAの移動が阻害されていたことからも、この仮説は支持される。AIT1タンパク質は細胞膜に局在し、AIT1 の発現は浸漬種子において検出され、発芽後は子葉、本葉、胚軸、根、花序茎等の維管束において発現が確認された。AIT1はかつて硝酸トランスポーターNRT1.2とされていたが、硝酸に対する親和性が低いことから、ABAを主な基質とするトランスポーターであると考えられる。また、AIT3は、輸送する基質が多様であることから、AIT1とは生化学的特性が異なるトランスポーターであると考えられる。

理化学研究所のプレスリリース

論文）SMALL AUXIN UP RNA（SAUR）の機能

The SAUR19 subfamily of SMALL AUXIN UP RNA genes promote cell expansion
Spartz et al.  The Plant Journal (2012) 70:978-990.
doi: 10.1111/j.1365-313X.2012.04946.x

SMALL AUXIN UP RNA （SAUR ）はオーキシンに素早く応答する遺伝子群として大きな遺伝子ファミリーを構成している。これらの遺伝子は86-189アミノ酸からなるタンパク質をコードしており、植物に特異的で、機能を有するようなモチーフ等は見出されていない。米国 ミネソタ大学のGray らは、シロイヌナズナの第5染色体上にタンデムに存在し相同性の高いSAUR19-24 について機能解析を行なった。SAUR19-24 ファミリーは88-91アミノ酸の低分子量のタンパク質をコードしており、オーキシンによる発現誘導は他のオーキシン誘導遺伝子と比べるとあまり大きくはない。SAUR の機能を解析するために、SAUR19のN末端側にGFPを付加した融合タンパク質を35S プロモーター制御下で発現する形質転換シロイヌナズナを作成した。明所において、GFP-SAUR19芽生えは野生型よりも細胞が拡張しているために胚軸が長くなった。暗所育成GFP-SAUR19芽生えの胚軸の長さは野生型と同等であったが、GFP-SAUR19芽生えでは茎頂のフックが形成されなかった。これらの傾向は、SAUR21、23、24とGFPの融合タンパク質を発現させた際にも観察されることことから、SAUR19-24ファミリーに共通した形質であると考えられる。しかしながら、GFPタグを付加していないSAUR19 やSAUR24 を35S プロモーター制御下で発現させ形質転換体ではそのような表現型は現れす、野生型と同等となった。そこで、SAUR19とSAUR24のN末端にGFPよりも小さいStrepIIタグを付加した融合タンパク質を発現させたところ、GFPを付加した場合と同様に胚軸伸長が観察された。このGFPもしくはStrepIIタグを付加したSAUR19やSAUR24を発現させた芽生えは直立させた寒天培地上での根のうねりが増加し、側根形成数もやや増加した。根のうねり形成のもととなる差異を伴なった細胞増殖にはオーキシン輸送が関与しており、pin2 機能喪失変異体では根のうねりが起こらない。pin2 変異はGFP-SAUR19芽生えの根のうねりを減少させることから、GFP-SAUR19による根のうねり形成にはPIN2 が関与していると考えられる。また、GFP-SAUR19芽生えの胚軸は光屈曲に対する応答性が低下していた。以上の結果から、GFP-SAUR19 の発現は正常な屈曲成長を妨げる作用があると考えられる。GFP-SAUR19 発現個体は栄養成長期のバイオマスが野生型よりも大きく、全て着位のロゼット葉の葉面積が増加していた。しかしながら、葉の細胞数は野生型と同等であり、GFP-SAUR19 の過剰発現は葉の細胞を拡張させることでバイオマスの増加をもたらしていることが示唆される。SAUR19-24 プロモーター制御下でGUS を発現さえるコンストラクトを導入した形質転換体を用いてSAUR の発現パターンを解析したところ、全てのSAUR プロモーターにおいて黄化芽生えの伸長中の胚軸で強い発現が観察され、赤色光/遠赤色光比の低い光を照射して日陰を模した条件においても胚軸での強い発現が見られた。N末端にタグを付けたSAUR を発現させた場合と、タグを付けていないSAUR を発現させた場合で両者の転写産物量は同程度であったが、タグを付けた融合タンパク質はタグを付けていないものに比べて蓄積量が大きく増加しており、タグを付けたSAURタンパク質はユビキチン/26Sプロテアソーム系による分解におけるN末端ルールが乱されたことにより安定性が増していると考えられる。SAURタンパク質は細胞膜に局在することが確認されたが、SAURタンパク質には膜貫通ドメインが見られないことから、膜に表在していると考えられる。タグを付けたSAUR19を発現させた芽生えは、オーキシン（2,4-D）による根の伸長阻害に対して弱い抵抗性を示し、オーキシン応答性が僅かに低下していると考えられる。また、GFP-SAUR19芽生えはオーキシン輸送阻害剤 1-ナフチルフタラミン酸（NPA）に対する感受性が高く、NPA処理によって根の重量屈性が大きし喪失した。GFP-SAUR19芽生えは胚軸での求基的なオーキシン輸送量が野生型よりも多く、SAURはオーキシン輸送に影響を及ぼしていると考えられる。SAURを人工マイクロRNAコンストラクト（amiSAUR19/23/24 ）を導入して機能喪失させた系統では胚軸長と葉の大きさが野生型よりも僅かに小さくなり、胚軸の表皮細胞も長さも短くなった。また、amiSAUR芽生えではオーキシン極性輸送量が減少していた。以上の結果から、シロイヌナズナSAURのSAUR19-24サブファミリーは細胞拡張に関連した成長過程において重要な役割を演じていると考えられる。

論文）MAX2による光形態形成制御

MAX2 Affects Multiple Hormones to Promote Photomorphogenesis
Shen et al.  Molecular Plant (2012) 5:750-762.
doi: 10.1093/mp/sss029

シロイヌナズナのF-boxタンパク質MORE AXILLARY GROWTH2（MAX2）は、分枝、老化、光形態形成を制御する因子であり、ストリゴラクトンやカリキンのシグナル伝達に関与していることが知られている。米国 テキサス大学オースティン校のHuq らは、MAX2による光形態形成制御機構について解析を行なった。max2 機能喪失変異体（pps 、max2-1 、max2-2 ）種子は赤色および遠赤色光照射下においても発芽が抑制されるが、max2 変異体種子をGA処理した際の発芽を見たところ、発芽率の向上が野生型よりも鈍く、GA感受性が低下していた。また、max2 変異体種子はアブシジン酸（ABA）処理による発芽率低下が野生型よりも強く現れ、ABAに対する感受性が高くなっていた。そこで、max2 変異体でのGAやABAの生合成、異化、シグナル伝達に関与する遺伝子の発現量を調査したところ、max2 変異体ではGA生合成遺伝子（GA3ox1 ）の発現量が低下し、GA異化遺伝子（GA2ox2 ）の発現量が増加していることがわかった。よって、max2 変異体では内生GA量が野生型よりも少ないことが推測される。また、max2 変異体ではABA生合成遺伝子（ABA1 、NCED6 、NCED9 ）とABA異化遺伝子（CYP707A2 ）の発現量が野生型よりも高くなっていた。この結果からmax2 変異体の内生ABA量に変化が生じているかを推測することは困難だが、ABAの生合成遺伝子と異化遺伝子の両方の発現が増加した場合には内生GA量の減少やABAシグナルの強化が起こることが報告されているので、これら一連の遺伝子発現の変化はmax2 変異体種子の発芽表現型と一致しているといえる。max2 変異体芽生えは脱黄化の際の光感受性が低下しており、胚軸伸長の抑制程度が野生型よりも低下している。したがって、MAX2は光形態形成を負制御する因子の光に依存した分解に関与している可能性があり、そのような因子としてフィトクロム相互作用因子（PIF）が考えられる。しかしながら、pif1 pps 二重変異体の解析から、pps 変異はpif1 変異の上位にあり、MAX2はPIF1のユビキチン化と分解には関与していないことを示唆する結果が得られた。E3リガーゼとして機能するCOP1タンパク質は、赤色、遠赤色、青色光シグナル経路に関与しており、暗所での光形態形成を抑制する。そのためcop1 変異体は光条件に関係なく光形態形成を示す。そこで、cop1 max2 二重変異体芽生えの各色光下での胚軸伸長を見たところ、max2 変異はcop1 変異による脱黄化を抑制する作用を示し、cop1 変異は暗所および光条件下でのmax2 変異体の表現型を抑制することがわかった。よって、MAX2は光形態形成制御においてCOP1と並列してもしくは下流に位置して機能していると考えられる。max2 変異体の示す表現型とオーキシンとの関係をオーキシン応答プロモーターDR5 制御下でGFP を発現するコンストラクトをmax2 変異体に導入して解析したところ、max2 変異体は光照射によって脱黄化させた際の維管束でのGFP蛍光が野生型よりも強く、オーキシン輸送もしくはオーキシンシグナルが強まっていることが示唆される。max2 変異体芽生えはオーキシン輸送阻害剤のNPA処理をすると野生型よりも胚軸伸長の抑制程度が強まったが、胚軸の長さは野生型よりも長い状態を維持していた。よって、max2 変異体芽生えの胚軸が伸長する表現型はオーキシン輸送が関与していると考えられるが、max2 変異体では光シグナルを感受・応答する他の因子を欠質していると思われる。MAX2はストリゴラクトンのシグナル伝達に関与していることから、ストリゴラクトンの生合成経路の変異体（max1 、max3 、max4 ）種子の赤色光照射による発芽率の変化、芽生えの赤色光や遠赤色光下での胚軸伸長を見たが、野生型と同等であった。したがって、ストリゴラクトンは光形態形成に関与しておらず、MAX2 は未知の機構を介して赤色、遠赤色、青色光下での光形態形成を制御していると考えられる。