論文）AP2/ERF転写因子TINYとブラシノステロイドとの関係

The AP2/ERF Transcription Factor TINY Modulates Brassinosteroid-Regulated Plant Growth and Drought Responses in Arabidopsis
Xie et al. The Plant Cell (2019) 31:1788-1806.
doi:10.1105/tpc.18.00918

AP2/ERFファミリーDREBタンパク質A4サブファミリーのTINYは、植物の成長を抑制し、乾燥、低温、塩といった様々なストレスに対する応答を促進することが知られている。しかしながら、その作用機作については明らかになっていない。米国 アイオワ州立大学のYin らは、シロイヌナズナのトランスクリプトーム解析において、ブラシノステロイド（BR）に応答する転写因子遺伝子の中にTINY とそのホモログが含まれていることを見出した。そこで、TINYとBRとの関係を調査した。TINY を過剰発現させた形質転換体（TINY-OE ）は生育不良を起こし、tiny tiny2 tiny3 三重変異体は葉柄が伸長して肥大成長した。TINY-OE 植物はBR生合成阻害剤に対する感受性が強く、阻害剤処理による成長抑制が野生型よりも強く現れるが、tiny tiny2 tiny3 三重変異体はBR阻害剤感受性が弱くなっていた。また、TINY-OE ではBRによって発現誘導される植物成長関連遺伝子の発現量が減少し、BRによって発現抑制される成長阻害関連遺伝子の発現量が増加しており、tiny tiny2 tiny3 三重変異体は逆の発現プロファイルを示していた。これらの結果から、TINYはBRによる成長やBR応答遺伝子の発現を抑制していると考えられる。TINY-OE をBR処理すると成長抑制が回復し、植物体内のTINYタンパク質量が減少した。この減少はプロテアソーム阻害剤MG132を処理することで抑制されることから、TINYの安定性は26Sプロテアソームを介した分解によって制御されていることが示唆される。TINYタンパク質はBRシグナル伝達の負の制御因子として機能するBR-INSENSITIVE2（BIN2）によってリン酸化されることがわかった。BIN2によってリン酸化されたTINYは安定化し、植物の成長を阻害した。TINY-OE は、水欠乏条件下での生存が促進され、アブシジン酸（ABA）処理による気孔閉鎖が野生型よりも強く、乾燥応答遺伝子の発現量が増加していた。よって、TINYは乾燥応答を正に制御していると考えられる。RNA-seq解析の結果、TINY-OE では成長関連遺伝子の発現が減少し、ストレス応答関連遺伝子の発現が増加していることがわかった。また、BRによって制御されている遺伝子の多くはTINYによって逆の方向の制御を受けていた。BR応答遺伝子はBRASSINOSTERIOID INSENSITIVE1-ETHYL METHANESULFONATE SUPRESSOR1（BES1）/BRASSINAZOLE-RESISITANT1（BZR1）による直接の制御を受けているが、TINY-OE で発現量が変化した4622遺伝子のうち2110遺伝子はBES1/BZR1のターゲット遺伝子であった。よって、TINYとBES1は共通のターゲット遺伝子を有していることが示唆される。TINYとBES1は核内で相互作用をすることが確認された。乾燥応答のマーカー遺伝子であるRD29A やCOR15A のプロモーター領域にはTINYおよびBES1の結合ドメインであるDREエレメントおよびE-boxが含まれており、TINYは発現を活性化、BES1は発現を抑制し、両者が同時に結合するとお互いの活性を相殺した。BR誘導成長関連遺伝子のCESA5 やIAA19 は、プロモーター領域にDREエレメントとE-boxがあり、TINYは発現を抑制、BES1は発現を活性化し、両者が同時に結合するとお互いの活性を相殺した。以上の結果から、BRシグナルはBIN2によるリン酸化を介してTINYを負に制御し、TINYは乾燥応答を正に制御するとともに、BRによる成長促進をTINY-BES1の拮抗的相互作用によって阻害していると考えられる。