広報活動

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2013年11月26日

理化学研究所

植物ホルモン「サイトカイニン」の「質」の重要性を解明

-サイトカイニン分子のかたちが変わると作用が一変-

野生株とtZ型サイトカイニンを欠損させた変異体の比較写真

野生株(左)とtZ型サイトカイニンを欠損させた変異体(右)の比較

ホルモンは、生命活動を維持するために、細胞間や器官間での緊密な情報のやり取りを行う“伝令役”として重要な役割をはたします。動物では何十種類ものホルモンが存在しますが、植物ではオーキシン、サイトカイニンなど10種類程度しか知られていません。このため、植物が少数のホルモンで、どのように個体としての秩序を保っているかを明らかにすることが、植物研究分野での課題となっています。理研の研究グループは、食物ホルモンの1つで、成長や実りの促進や老化現象の抑制などに関わる「サイトカイニン」に着目し、実験モデル植物であるシロイヌナズナを使って、この課題の解明に取り組みました。

サイトカイニンは核酸を構成する塩基のアデニンに側鎖(炭素鎖)がついた構造を持ちます。シロイヌナズナでは、イソペンテニルアデニン(iP)型と、iP型の側鎖が修飾されてできるトランスゼアチン(tZ)型のサイトカイニンが存在します。従来、サイトカイニンの作用は、この2種類の「量」の変化で制御されていると考えられていため、2種類あることの生物学的な意義は問われず、解明もされていませんでした。

研究グループは、tZ型サイトカイニン合成時に側鎖修飾を担う酵素遺伝子を探索し、「CYP735A遺伝子」を見つけました。この遺伝子を欠損させた変異体を作製・解析した結果、この変異体ではサイトカイニンの総量は変わらずにtZ型サイトカイニンが欠損し、葉や茎の成長が著しく悪化しました。逆に、CYP735A遺伝子を高発現させtZ型サイトカイニンの割合を増やした形質転換体では、葉や茎の大幅な成長が見られました。これらから、tZ型サイトカイニンには地上部の成長を促進する作用があることが分りました。また、サイトカイニンの総量が変わらなければ、tZ型サイトカイニンを欠損させても増やしても、根の成長は正常なことも分かりました。次に、2種類のサイトカイニンの作用の違いを調べるため、iP型とtZ型サイトカイニンをそれぞれ溶かし込んだ溶液を変異体に投与した結果、tZ型サイトカイニンは地上部の成長が回復したのに対し、iP型サイトカイニンには効果がありませんでした。以上から、サイトカイニンの作用が、サイトカイニン分子の側鎖の修飾による「質」の変化によって制御されていることが分りました。

今回、CYP735A遺伝子の発現量を調節し、サイトカイニンの総量を変化させずに相対的にtZ型サイトカイニンの量を増やせば、根の成長を阻害せず、葉や茎の成長を促進できることが分りました。農産物やバイオマス増産のための新技術の開発につながる成果です。

理化学研究所
環境資源科学研究センター 生産機能研究グループ
研究員 木羽 隆敏 (きば たかとし)
グループディレクター 榊原 均 (さかきばら ひとし)