論文）ジャスモン酸による側根形成の阻害

Jasmonic Acid Inhibits Auxin-Induced Lateral Rooting Independently of the CORONATINE INSENSITIVE1 Receptor
Ishimaru et al. Plant Physiology (2018) 177:1704-1716.
doi:10.1104/pp.18.00357

東北大学の上田らは、シロイヌナズナをジャスモン酸（JA）の鏡像異性体で処理すると側根数が減少し、その効果は(+)-JAの方が(-)-JAよりも強いことを見出した。また、JA処理による側根数の減少はcoi1 変異体においても観察されることから、JAによる側根形成の阻害はCOI1とは独立した現象であることが示唆される。生物活性のある他のJA誘導体での処理では側根数の減少は見られなかった。マイクロアレイ解析の結果、JA処理はオーキシンが発現を誘導する側根形成関連遺伝子のPUCHI 、LATERAL ORGAN BOUNDERIES DOMAIN 29 （LBD29 ）の発現量を減少させることが判った。JAによる側根形成阻害はオーキシンを同時処理することによって抑制された。オーキシン処理によるDR5::GUS レポーターの発現はJA処理によって阻害された。したがって、JAはオーキシンシグナル伝達を低下させていると思われる。そこで、オーキシンシグナル伝達センサーDII-VENUSを用いて解析を行なったところ、(-)-JAもしくは(+)-JA処理は根の成熟領域でのDII-VENUS蛍光の蓄積を引き起こすことがわかった。また、JAのJA-Ileへの転換を抑制してJA濃度を高める効果のあるjarin-1を同時に添加することで蛍光は強まり、オーキシン（IAA）を同時に添加すると蛍光は減少した。よって、JAはAux/IAAを安定化させる作用があると考えられる。オーキシン受容体の変異体tir1 afb2-3 およびafb5-5 を(-)-JAもしくは(+)-JAで処理すると、tir1 afb2-3 変異体は側根数が減少したが、afb5-5 変異体は(-)-JA処理による側根数の減少が弱まり、(+)-JA処理では側根数の減少が見られなかった。Pseudomonas syringae が生産するコロナチンは、 メチルジャスモン酸（MeJA）のアナログの１つであるコロナファシン酸(+)-CFAとコロナミン酸が縮合した構造をしている。野生型植物を(+)-CFA処理すると側根形成が劇的に抑制された。(+)-CFA処理は、根の重力屈性、オーキシンによる根毛形成誘導に影響を及ぼさなかった。また、(+)-CFA処理によってDII-VENUS蛍光の蓄積が起こった。さらに、JAの場合と同様に、(+)-CFA処理によってtir1 afb2-3 変異体の側根数が減少し、afb5-5 変異体では側根数の減少に対して抵抗性を示した。以上の結果から、JAおよび(+)-CFAは、Aux/IAAを安定化させることで、COI1を介したシグナル伝達とは独立して側根形成を阻害していると考えられる。

論文）ジベレリンによる胚珠数の制御

Gibberellins negatively modulate ovule number in plants
Gomez et al. Development (2018) 145:dev163865
doi:10.1242/dev.163865

シロイヌナズナのglobal della 変異体（gaiT6 rgaT2 rgl1-1 rgl2-1 rgl3-1 ）は、野生型よりも長角果の種子数が少なく、胚珠の発達過程での珠皮の成長が制限されることで種子の形や大きさが異常となった種子を作る。しかしながら、これらの表現型にDELLAタンパク質がどのように関与しているかは明らかではない。スペイン バレンシア工科大学 植物分子細胞生物学研究所（IBMCP）のPerez-Amador らは、シロイヌナズナの各種DELLA 多重変異体の表現型の比較から、胚珠数に対する各DELLAタンパク質の効果はRGA＞GAI/RGL2＞RGL1/RGL3の順に表われることがわかった。胚珠数の減少はジベレリン（GA）処理をした植物においても観察された。一方、機能獲得DELLA変異体gai-1 では胚珠数が増加した。また、胚珠でのGA受容が欠失しているgid1a gid1b 二重変異体は胚珠数が増加した。こられの結果から、DELLAの活性と雌蕊当りの胚珠数との間には正の相関があると考えられる。変異体での胚珠数の変化は、子房の大きさの変化によるものではなかった。胚珠原基は雌蕊群の発達過程において胎座から生じる。そこで、安定型DELLA変異タンパク質rgaΔ17をAINTEGUMENTA （ANT ）プロモーター制御下で雌蕊発達過程の胎座と胚珠原基特異的に発現させたところ、胚珠数が増加した。DELLAタンパク質による胚珠数の制御はアブラナやトマトにおいても観察された。胚珠発達過程におけるDELLA の発現パターンを見たところ、GAI 、RGA 、RGL2 が胎座組織および発達中の胚珠で発現していることが確認された。また、GID1A 、GID1B も胎座および発達中の胚珠で発現していた。胚珠形成の初期課程において、胚珠原基の先端部にオーキシン極大が形成され成長を促進していることが知られている。オーキシンレポーターDR5 の発現やPIN1タンパク質の局在パターンの解析から、GAはオーキシン分布に影響せずに胚珠数を制御していることが判った。gai-1 変異体とglobal 変異体の胚珠発達過程の雌蕊をトランスクリプトーム解析で比較したところ、389遺伝子の発現に差異が見られ、global 変異体と比較してgai-1 変異体では235遺伝子が発現量増加、154遺伝子の発現量が減少していた。トランスクリプトーム解析で46の転写因子遺伝子の発現に差異が見られ、そのうちの多く（46遺伝子中38遺伝子）は胚珠発達の初期過程で発現していた。これらの転写因子遺伝子のうちのUNFERTILIZED EMBRYO SAC 16 （UNE16 ）の機能喪失変異体nue16-1 では胚珠数が減少し、REPRODUCTIVE MERISTEM 22 （REM22 ）のエンハンサーアレルrem22-1 では胚珠数が増加していた。またUNE16 、REM22 ともにglobal 変異体よりもgai-1 変異体で発現量が増加していた。以上の結果から、ジベレリンは植物の胚珠数を負に制御していると考えられる。

論文）グループⅦエチレン応答性因子ERF72による胚軸伸長制御

ERF72 interacts with ARF6 and BZR1 to regulate hypocotyl elongation in Arabidopsis
Liu et al. Journal of Experimental Botany (2018) 69:3933-3947.
doi:10.1093/jxb/ery220

シロイヌナズナにはグループVIIに属するエチレン応答性因子（ERF）が5つあり、N末端のアミノ酸残基がMet-Cys（MC）で始まるという共通した特徴がある。中国 北京師範大学のHan らは、このうちのERF72について、野生型のERF72を過剰発現させるコンストラクト（35S::MCERF ）および2番目のアミノ酸残基をAlaに置換してタンパク質分解耐性となった安定型のERFを過剰発現させるコンストラクト（35S::MAERF ）を導入した形質転換体を用いて表現型の解析を行なった。その結果、安定型ERF72 を過剰発現させた形質転換体の暗所発芽芽生えは、胚軸が短く、茎頂フックが形成されず、子葉が開くといった光形態形成の表現型を恒常的に示すことがわかった。各種光条件下で安定型ERF72 過剰発現系統の胚軸伸長を比較すると、赤色光、遠赤色光条件で胚軸が野生型、erf 変異体、35S::MCERF 系統よりも短くなったが、白色光条件下では僅かに長くなった。よって、35S::MAERF 植物の胚軸伸長は光条件に依存している。胚軸伸長を制御する因子としてオーキシン応答性因子（ARF）のARF6およびそのホモログのARF8が知られている。また、BRASSINAZOLE-RESISTANT1（BZR1）はブラシノステロイド（BR）に応答して細胞伸長を促進することが知られている。35S::MAERF 植物でのARF6 、BZR1 の発現量は野生型植物やerf 変異体と同等であったが、ERF72はARF6、BZR1と相互作用をすることが確認された。シロイヌナズナ葉肉細胞プロトプラストを用いた一過的発現試験において、ARF6のターゲット遺伝子であるBR-enhanced expression 3 （BEE3 ）遺伝子のプロモーター活性を調査したところ、ARF6およびERF72の単独発現では明所でも暗所でもプロモーターが活性化されたが、ARF6とERF72を共発現させると明所では活性化され、暗所では活性が弱まった。BZR1は転写抑制因子として機能し、ターゲット遺伝子のxyloglucan endo/transglycoside hydrolase 7 （XTH7 ）のプロモーター活性を阻害するが、この阻害はERF72 を共発現させることで抑制され、更にERF72はXTH7 プロモーターを活性化した。また、35S::MAERF 植物芽生えの暗所でのBEE3 とXTH7 の発現量は野生型やerf 変異体よりも減少していた。したがって、ERF72は、光条件に依存してARF6、BZR1の転写に対する機能に拮抗していることが示唆される。明所で育成した芽生えでのERF72 の発現量は暗所で育成した芽生えよりも少なく、光照射によってERF72タンパク質は細胞質から核へと移行した。ERF72 遺伝子はエチレンシグナル伝達上の因子であるETHYLENE INSENSITIVE3（EIN3）のターゲットとなっており、プロモーター領域にはEIN3結合部位（EBS）と推定される配列が含まれている。各種試験から、ERF72 の暗所での発現誘導はEIN2-EIN3/EIL3経路を介してなされていることが確認された。次に、ARF6 とBZR1 およびそれぞれのターゲット遺伝子であるBEE3 、XTH7 の発現がEIN2-EIN3/EIL3経路による制御を受けているかを調査した。その結果、ARF6 の発現はEIN2-EIN3/EIL3経路によって制御されており、BZR1 は主に光条件によって制御されていることがわかった。BEE3 、XTH7 もEIN2-EIN3/EIL3経路による発現制御を受けていた。以上の結果から、以下の機構が考えられる。暗所育成芽生えではエチレンによるERF72 の発現誘導が起こるが、ERF72タンパク質が細胞質に局在しているため核内のARF6やBZR1がターゲット遺伝子の発現を制御して細胞伸長が活性化する。芽生えを光照射するとERF72タンパク質は核内へと移行してARF6やBZR1と相互作用をしてターゲット遺伝子の転写制御機能が弱まり、胚軸伸長の阻害が起こる。

論文）アブシジン酸とストリゴラクトンのクロストーク

Abscisic acid influences tillering by modulation of strigolactones in barley
Wang et al. Journal of Experimental Botany (2018) 69:3883-3898.
doi:10.1093/jxb/ery200

植物ホルモンのアブシジン酸（ABA）とストリゴラクトン（SL）はカロテノイドから生成される分子で、どちらも生合成の前駆体物質がall-trans-β-カロテンで共通している。しかしながら、ABAとSLの相互関係や地上部形態との関連については不明な点か残されている。ドイツ ライプニッツ植物遺伝作物学研究所のvon Wirén らは、ABAの分解に関与するHvABA 8'-hydroxylase 遺伝子をRNAiで発現抑制したオオムギの形質転換系統（LOHi）は、分けつ数が増加し、SLが欠失したような表現型を示すことを見出した。LOHi系統の根はABA含量が野生型よりも高く、オオムギの根から滲出されるSLの5‐デオキシストリゴールの量が減少していた。そしてこの時、根組織でのSL生合成酵素遺伝子HvD27 、HvCCD7 、HvCCD8 、HvMAX1 の転写産物量が野生型よりも少ないことが判った。したがって、オオムギではABAがSL生合成を抑制する拮抗的な相互作用を示し、このことが分けつ数に影響すると考えられる。

論文）植物免疫におけるサリチル酸受容体の正反対の作用

Opposite Roles of Salicylic Acid Receptors NPR1 and NPR3/NPR4 in Transcriptional Regulation of Plant Immunity
Ding et al. Cell (2018) 173:1454-1467.
doi:10.1016/j.cell.2018.03.044

シロイヌナズナSNC2 （Suppressor of NPR1, Constitutive2 ）は病原菌に対する抵抗性に関与する受容体をコードしており、この遺伝子の優性変異体snc2-1D は恒常的に免疫応答が活性化している。また、snc2-1D npr1-1 二重変異体は矮化する。カナダ ブリティッシュコロンビア大学のZhang らは、NPR1とは独立した免疫系制御因子を単離することを目的にsnc2-1D npr1-1 二重変異体のサプレッサースクリーニングを行ない、bda4-1 snc2-1D npr1-1 三重変異体を得た。bda4-1 変異は優性の変異であり、bda4-1D と改名した。bda4-1D snc2-1D npr1-1 変異体では、snc2-1D npr1-1 変異体の矮性の表現型、恒常的なPR1 およびPR2 の発現、べと病菌Hyaloperonospora arabidopsidis Noco2 に対する抵抗性が抑制された。bda4-1D は、一塩基置換によってNPR4のC末端側ドメインでアミノ酸置換（R419Q）を生じていたことからnpr4-4D と改名した。NPR4のR419残基はNPR1、NPR3や他植物のホモログにおいても保存されており、NPR3においてNPR4のR419に相当するR428をQに置換してsnc2-1D npr1-1 変異体で発現させたところ、矮性の表現型が抑制された。snc2-1D npr1-1 変異体の自己免疫は、SARD1、CBP60g、WRKY70といった転写因子が関与しており、snc2-1D npr1-1 変異体ではこれらの発現量がnpr1-1 変異体よりも高くなっているが、npr4-4D 変異が加わることによって発現が完全に抑制された。また、npr4-4D 変異体では病原菌接種によるSARD1 、WRKY70 の発現誘導が抑制され、病原菌に対する抵抗性も低下していた。npr3-1 npr4-3 二重変異体では、定常状態でのSARD1 、WRKY70 の発現量が増加しており、NPR3とNPR4はSARD1 、WRKY70 の発現を負に制御していることが示唆される。SARD1 遺伝子、WRKY70 遺伝子のプロモーター制御下でレポーター遺伝子Luc を発現するコンストラクトを用いたいシロイヌナズナプロトプラスト一過的発現系を用いた試験から、NPR3 もしくはNPR4 の過剰発現がレポーター遺伝子の発現を抑制することが確認された。よって、NPR3とNPR4は転写コリプレッサーとして機能すると考えられる。TGA転写因子のTGA2、TGA5、TGA6はNPR1、NPR3、NPR4と相互作用をすることが知られており、サリチル酸（SA）の誘導するPR 遺伝子の発現や病害抵抗性を冗長的に正に制御している。SARD1 とWRKY70 のプロモーター領域には2つのTGA転写因子結合モチーフがあり、このモチーフに変異の入ったプロモーターではNPR4 の過剰発現によるレポーター遺伝子の発現抑制が見られなかった。よって、NPR4によるSARD1 、WRKY70 の発現抑制にはTGA転写因子が関与していると考えられる。tga256 三重変異体はSARD1 やWRKY70 の発現量が野生型よりも高く、TGA2/TGA5/TGA6はSARD1 、WRKY70 の定常状態での発現を負に制御していることが示唆される。npr4-4D snc2-1D npr1-1 tga256 六重変異体はsnc2-1D npr1-1 二重変異体と同様に矮化した表現型を示すこと、tga256 三重変異体ではNPR4 の過剰発現によるレポーター遺伝子の発現抑制が見られないことから、NPR3/NPR4はTGA2/TGA5/TGA6と共同してSARD1 、WRKY70 の発現を抑制していることが示唆される。NPR4 の過剰発現によるレポーター遺伝子の発現抑制はSA処理によって解消されたが、npr4-4D の過剰発現ではSA処理の効果が見られなかった。したがって、SAはNPR4の転写抑制活性を阻害しており、npr4-4D変異タンパク質はSA処理に応答しないと考えられる。SAはNPR3/NPR4のSARD1 遺伝子やWRKY70 遺伝子のプロモーター領域へのリクルートに影響せず、NPR3/NPR4とTGA2との相互作用にも影響しないが、NPR3/NPR4の転写抑制活性に対して負の効果を示すことが判った。野生型植物をSAアナログのINAで処理するとべと病菌に対して抵抗性を示すが、npr4-4D 変異体では抵抗性が抑制された。npr4-4D変異タンパク質はSAに対する結合親和性が低下していた。よって、R419残基はSA結合活性にとって重要であると考えられる。NPR4のR419に相当するNPR1のR432をQに置換した変異タンパク質もSA結合親和性が低下しており、変異タンパク質をnpr1-1 変異体で発現させても変異体の表現型は相補されず、レポーター遺伝子のSA処理による誘導が見られなかった。npr3-2 npr4-2 二重変異体でのSARD1 、WRKY70 の発現量増加は、npr1-1 変異による影響を受けなかった。よって、npr3-2 npr4-2 二重変異体でのSARD1 、WRKY70 の発現活性はNPR1に依存していない。また、NPR4によるレポーター遺伝子の発現抑制はnpr1-1 変異体においても見られることから、NPR4はNPR1とは独立してSARD1 、WRKY70 の発現を制御していると考えられる。SA処理や病原菌接種によるSARD1 の発現誘導は、npr4-4D 変異体やnpr1-1 変異体で低下し、npr4-4D npr1-1 二重変異体では完全に抑制された。また、npr4-4D 変異とnpr1-1 変異はsnc2-1D 変異体の免疫活性化表現型や野生型植物の病原菌に対する抵抗性を相加的に抑制した。よって、NPR1とNPR3/NPR4は別々に機能していることが示唆される。野生型植物をSA処理することによって2455遺伝子の発現量が変化し、1543遺伝子は発現が誘導、912遺伝子は抑制された。発現誘導された1543遺伝子のうち、npr1-1 変異体では1107遺伝子、npr4-4D 遺伝子では286遺伝子で誘導が抑制された。npr4-4D 変異体で発現量が変化する遺伝子の多くはnpr1-1 変異体でも変化が見られた。npr1-1 変異体で発現誘導が抑制された1107遺伝子のうちの588遺伝子、npr4-4D 変異体で発現誘導が抑制された286遺伝子のうち252遺伝子は、SAによる発現誘導がわずかに見られたが、これらのうちnpr1-1 変異体の331遺伝子、npr4-4D 変異体の181遺伝子はnpr1-1 npr4-4D 二重変異体で発現誘導が完全に抑制された。したがって、npr1-1 変異とnpr4-4D 変異はSAによる発現誘導に対して相加的に影響している。以上の結果から、SAシグナルによる植物の免疫応答において、SA受容体のNPR1とNPR3/NPR4はTGA転写因子による遺伝子発現誘導に対して正反対の作用を示し、NPR1はコアクティベーターとして、NPR3/NPR4はコリプレッサーとして機能してターゲット遺伝子の転写調節をしていると考えられる。