九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
シロイヌナズナを用いたリグニン前駆物質輸送体の 探索
武内, 真奈美
http://hdl.handle.net/2324/1959163
出版情報：九州大学, 2018, 博士（農学）, 課程博士 バージョン：
権利関係：
氏 名 ：武内 真奈美
論文題名 ：シロイヌナズナを用いたリグニン前駆物質輸送体の探索
区 分 ：甲
論 文 内 容 の 要 旨
リグノセルロースバイオマスの有効利用のためには、リグニン生合成の理解が重要である。リグ ニン生合成機構のうち、細胞内から細胞外へのリグニン前駆物質の輸送については未解明の部分が 多く残っており、これに関わるタンパクを特定することは輸送機構の解明に大きく貢献する。これ までの研究において、細胞膜画分および液胞膜画分における ATP依存的なリグニン前駆物質の輸送 が報告され、リグニン前駆物質の細胞外輸送に関して、ABC輸送体の関与が示唆された。本研究で はリグニン前駆物質輸送体としてABC輸送体に着目し、リアルタイムPCRを用いたABC輸送体遺 伝子発現解析により候補遺伝子のスクリーニングを行った。また、候補遺伝子の一遺伝子ノックア ウト変異体を用いた機能解析によって各輸送体のリグニン生合成への寄与を検討した。
リグニン生合成遺伝子は、リグニン生合成が活発に行われている時に発現していると考えられる。
そこで短期間で同調的な木部形成を誘導できるシロイヌナズナ管状要素誘導系を用いて、経時的な 木化レベルを明らかにした。一方で、マイクロアレイを用いた発現解析において、シロイヌナズナ 管状要素誘導中に発現量が8倍以上変化した遺伝子群が報告された。本研究では、その中から選出 した29 個の輸送体遺伝子および13 個のリファレンス遺伝子群 (二次壁生合成およびリグニン生合 成関連) の発現量をリアルタイム PCRで経時的に測定し、統計解析に供した。４個のABC 輸送体 (ABCG11、ABCG22、ABCG29、ABCG36) が複数のリファレンス遺伝子と同調的に強く発現すること が示された。また、ABCG27 の発現プロファイルはリファレンス遺伝子群のそれと全般的に一致し たわけではないが、少なくとも木化が著しく起こっている期間に高発現を示した。これらの結果よ り5個のABC輸送体遺伝子がリグニン前駆物質輸送に関わる可能性が示唆された。
一方、維管束植物の進化に伴って、維管束形成に必須な木化に関わる遺伝子が獲得されたと予想 し、維管束植物であるシロイヌナズナと非維管束植物であるヒメツリガネゴケの ABC 輸送体を比 較し、シロイヌナズナにのみ保存される10個の遺伝子を選択した。前出のスクリーニングで選出さ れた5個の遺伝子と合わせて、合計15 個のABC輸送体遺伝子を対象に、2つの異なる週齢植物体 から採取した5つの器官を用いた植物器官別遺伝子発現解析を行った。その結果、活発に木化する 植物器官においてリファレンス遺伝子群と同調的に発現した5個のABC輸送体 (ABCG29、ABCG30、
ABCG33、ABCG34、ABCG37) を候補遺伝子として選択した。
候補遺伝子のシロイヌナズナT-DNA挿入ノックアウト変異体を用いて、表現型観察およびリグニ ン分析による機能解析を試みた。いずれの候補遺伝子のノックアウト変異体においても、野生型と 比較して見た目の表現型、茎のリグニン量およびその組成に明確な変化は見られず、各候補遺伝子 は、単一ではリグニン生合成に大きく寄与しないことが示された。
以上のように、本研究によって 5 個の ABC 輸送体遺伝子をリグニン前駆物質輸送候補として選 択することができた。それらの一遺伝子ノックアウト体を用いたリグニン分析の結果は、複数の輸 送体が協調的に木化に寄与する可能性を示唆した。以上の結果は、リグニン生合成時のリグニン前 駆物質の細胞外への輸送機構を明らかにする上で重要な知見となりうる。
