HISTONE DEACETYLASE 9 promotes hypocotyl-specific auxin response under shade
Nguyen et al. Plant Journal (2024) 116:804-822.
doi:10.1111/tpj.16410
HISTONE DEACETYLASE 9（HDA9）は、RPD3/HDA1ファミリーに属するヒストン脱アセチル化酵素で、シロイヌナズナの様々な成長・発達過程において遺伝子発現の抑制因子として機能していることが報告されている。一方で、HDA9が遺伝子の活性化を制御するという通常とは異なる機能を持っている可能性を示唆する研究もある。シンガポール国立大学のJangらは、HDA9が各種環境ストレス応答に関与していることから、光ストレスに対する応答性を調査した。その結果、hda9 変異体芽生えは、日陰条件（光量を下げて遠赤色光の割合を高める）で育成した際の避陰反応（SAS）による胚軸伸長が野生型植物よりも弱いことを明らかにした。これは、hda9 変異体では日陰処理に応答した細胞伸長が抑制されているために生じていることが判った。しかしながら、子葉の大きさや葉柄の長さは、日陰条件下で育成した野生型植物とhda9 変異体の間に明らかな差は見られなかった。さらに、日陰処理によるロゼット葉の下偏生長や葉柄の伸長などの形態変化もhda9 変異体と野生型植物で同等であった。このことから、HDA9は日陰条件下での胚軸細胞伸長の制御に特異的に機能している可能性が示唆される。HDA9 の発現は、温度上昇に応じて増加することが知られているが、日陰処理によるHDA9 発現量とタンパク質量の変化は見られなかった。芽生えのトランスクリプトーム解析を行なったところ、白色光下で育成したhda9 変異体と野生型植物のトランスクリプトームは非常に類似していたが、日陰条件では若干の違いが見られた。両者の間の発現変動遺伝子（DEG）を見ると、hda9 変異体で発現が減少する遺伝子は上昇する遺伝子よりも3倍多く、胚軸のDEG数は子葉のDEGよりも多くなっていた。これらの結果から、HDA9は胚軸での遺伝子活性化に対して優先的に機能している可能性が示唆される。野生型植物とhda9 変異体の胚軸で日陰処理によって誘導されるDEGのうち、447遺伝子が同一で、このうち58遺伝子はhda9 変異体での発現量が野生型植物よりも低く、その多くがSASの主要な植物ホルモンであるオーキシンの応答またはシグナル伝達経路に関与するものであった。これらの遺伝子のうち3遺伝子（SAUR15、SAUR65、IAA5）についてqRT-PCRにより発現を確認したところ、日陰処理をしたhda9 変異体での発現は、胚軸では野生型植物よりも低くいが、子葉では有意差が見られないことが判った。このことから、HDA9は、シロイヌナズナ芽生えにおいて、胚軸の日陰処理に応答した細胞伸長に得意的に関与していると考えられる。HDA9はG-box（C-A/G-CGTG）やW-box（T/G-TTGAC-T/C）に結合することが知られており、IAA5、IAA6、IAA19、SAUR15、SAUR65、ACS4 などの日陰/オーキシン応答性遺伝子のプロモーター領域にこれらの結合モチーフがあり、HDA9は日陰条件下でこれらのモチーフに結合することが確認された。HDA9タンパク質自身はDNA結合ドメインを有していないので、日陰条件で誘導される転写因子と相互作用して、日陰に反応する遺伝子の発現を制御している可能性が示唆される。PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR（PIF）転写因子ファミリーのPIF4、PIF5、PIF7は、シロイヌナズナのSASを制御しており、PIF4/7はG-boxに結合することが知られている。変異体を用いた解析の結果、hda9 pif4 およびhda9 pif7 の二重変異体は、それぞれの単独変異体と比較して、日陰条件下での胚軸伸長に対して相加的に抑制効果を示すことが判った。さらに、各二重変異体の胚軸のIAA6、ACS4 転写産物量は、各単独変異体と比較して相加的に減少していた。また、Y2Hアッセイ、BiFCアッセイから、HDA9はPIF7と相互作用をし、PIF4とはしないことが確認された。以上の結果から、HDA9は、日陰条件下で胚軸特異的な転写制御機構の構成要素として作用し、オーキシン応答を活性化して胚軸伸長を促進していると考えられる。
