論文）ジャガイモBRANCHED1a遺伝子の選択的スプライシング

A Recently Evolved Alternative Splice Site in the BRANCHED1a Gene Controls Potato Plant Architecture
Nicolas et al.  Current Biology (2015) 25:1799-1809.
DOI: 10.1016/j.cub.2015.05.053

TCPタンパク質BRANCHED1（BRC1）はシロイヌナズナにおいてシュートの分枝を制御している。BRC1 は腋芽で発現しており、腋芽の成長を抑制するような条件では転写産物量が増加する。トマトなどのナス科植物にはBRC1a とBRC1b の2つのBRC1-likeパラログがある。また、トマトSlBRC1a は、選択的スプライシングにより2種類のmRNAが生産され、それらはC末端ドメインが異なるタンパク質をコードしている。しかしながら、この選択的スプライシングの制御機構や生物学的機能は明らかとなっていない。スペイン国立研究評議会  国立バイオテクノロジー・センターのCubas らは、ジャガイモのBRC1a をRNAiで発現抑制した形質転換体は、地上部の分枝が増加し、ストロンも分枝することを見出した。よって、ジャガイモのBRC1a は、他植物のBRC1-like遺伝子と同様に、分枝の制御を行なっていることが示唆される。ジャガイモのBRC1a も、他のソラナム属植物と同様に、選択的スプライシングを起こして2種類のスプライスバリアント（ StBRC1a^Long、StBRC1a^Short）を形成した。この２種類の転写産物は茎や葉、特に腋芽やストロンに多く蓄積しており、BRC1a^Short 転写産物量は BRC1a^Long 転写産物量の半分から1/8程度であった。 BRC1a^LongとBRC1a^Shortはどちらも同じターゲット遺伝子のプロモーター上のモチーフに結合した。 BRC1a^LongとBRC1a^Shortはホモ二量体およびヘテロ二量体を形成することが確認された。 BRC1a^Longは核と細胞質の両方に局在した。BRC1a^ShortはTCPドメインの近傍に核局在シグナル（NLS）があるにも関わらず完全に核から排除されていた。 BRC1a^LongとBRC1a^Shortの違いは、選択的スプライシングによってBRC1a^Shortに形成される両親媒性のHドメインの有無である。そこで、BRC1aのパラログのBRC1bやMYB転写因子のPHOSPHATE STARVATION RESPONSE 1（PHR1）といった強い核局在を示すタンパク質のC末端にHドメインを付加したところ、こらのタンパク質は核外に局在するようになった。したがって、HドメインはNLSによる核へのターゲッティングをくつがえすことが示唆される。BRC1a^Shortは BRC1a^Longと相互作用をして BRC1a^Longを細胞質に留めさせ、 BRC1a^Longの転写因子としての核における活性を制限していることが考えられる。一過的発現解析において、 BRC1a^Longによるレポーター遺伝子の発現誘導活性がBRC1a^Shortを発現させることによって抑制されたことからも、BRC1a^Shortは BRC1a^Longの転写活性を核局在を制限することで抑制していることが示唆される。BRC1a^Short を過剰発現させた個体は対照よりもシュートやストロンの分枝が増え、BRC1a を発現抑制した個体と類似した表現型となった。一方、 BRC1a^Long を過剰発現させた個体は、生育不能であるか矮化した形態となった。よって、BRC1a^Short は腋芽における BRC1a^Long の機能に対して拮抗する作用のみを示している。 BRC1a^Long とBRC1a^Short の転写産物の割合を様々な条件で比較したところ、 BRC1a^Long 転写産物の相対量は腋芽の成長が誘導される摘心後に減少し、摘心後のオーキシン添加や遠赤色光照射といった分枝が抑制される条件下では増加することがわかった。以上の結果から、ジャガイモBRC1a 遺伝子は選択的スプライシングによって2種類のタンパク質を形成し、 BRC1a^Longは分枝抑制をする転写因子として機能し、BRC1a^Shortは BRC1a^Longの核へのターゲッティングを制限することで転写活性を抑制する機能があると考えられる。