広報活動

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2016年10月21日

理化学研究所

植物の青色光応答の初期過程を解明

-クリプトクロムの青色光依存的二量体化とその阻害機構-

クリプトクロムの青色光応答の制御モデル図

クリプトクロムの青色光応答の制御モデル

“光”は、植物にとって光合成によるエネルギー源となるだけでなく、周囲の光環境を知るための情報源としても重要な役割を果たしています。植物は情報としての光を感知するために、赤色や青色のいくつかの光受容体を進化させてきました。

中でも、細胞核内で主に機能し、ギリシャ語で“隠れた色素”の意味を持つ「クリプトクロム」は、脱黄化(黄化した子葉やもやし状になった植物を元に戻すこと)、花芽形成、避陰反応(光合成に不利な光環境を避けるため、茎を伸ばしてよりよい光環境に脱出すること)、気孔開口などの植物の青色光応答を制御しています。クリプトクロムにはCRY1とCRY2の二分子種があり、青色光を受容することで活性化され、種々の遺伝子の発現を制御します。しかし、この活性化の分子機構はほとんど明らかになっていませんでした。また脱感作(植物に光刺激を当て続けることで、初めにあった反応がなくなること)機構についても、CRY2は活性化されると速やかに分解されることが知られていましたが、CRY1とCRY2に共通する脱感作機構は分かっていませんでした。

今回、理研を中心とした国際共同研究グループはまず、クリプトクロムの脱感作の仕組みを明らかにするために、シロイヌナズナのFOXラインを用いて、青色光応答が低下した変異体について遺伝学的スクリーニングを行いました。その結果、クリプトクロム情報伝達に抑制的に働く「BIC1遺伝子」を発見しました。BIC1遺伝子はクリプトクロムと結合し、クリプトクロムの情報伝達に関わる反応を全て阻害しました。さらに、CRY2は青色光を受容すると「二量体化」することが分かりました。二量体化したCRY2はリン酸化を受け、情報伝達因子のSPA1やCIB1との結合を介して種々の遺伝子の発現を制御し、青色光に応じた形態の変化(青色光応答)を誘導することが分かりました(図参照)。

クリプトクロムが制御する反応には農業上重要な形質も数多く含まれることから、今後はBIC1を利用してクリプトクロムの活性を人為的に操作する系の構築などにより、作物バイオマスの増収などにつながると期待できます。

理化学研究所
環境資源科学研究センター バイオマス工学研究部門 合成ゲノミクス研究グループ
基礎科学特別研究員(研究当時) 岡 義人 (おか よしと)
研究員(研究当時) 吉積 毅 (よしづみ たけし)
グループディレクター 松井 南 (まつい みなみ)