Database Center for Life Science Online Service Chiharu Ueguchi, Molecular mechanism and biological function of t

2549 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.49No.16(2004)

Review

サイ トカイニンシグナル伝達の分子機構と

生物学的機能

上口智治

サ イ トカイニンは,オ ーキ シンと並んで,植 物 の生長 と分化 に深 くかかわ ると期待 され て きた 重要 な植 物ホルモンで あるが,多 くの生理学 的研究の成果 にもかかわらず,植 物 自 らが合 成 し 利用 する内在性サ イ トカイニ ンの生物学 的機能 についてはま った く未知であ った.し か し,サ イ トカイニンシグナル伝達経路の解明 に始 まる ここ数 年の研究 の進 展によ って,こ の課題 にも よ うや く光 を当てることができるようにな った.本 稿 では,サ イ トカイニンに関する分子遺伝学 的研 究の進展を要約 し,内 在性サイ トカイニ ンの生物学的機能 に焦点をあてた研究を紹介 する. サ イ トカ イ ニ ン 植物 ホルモ ン 植物 生長 二成分 制御系 細胞分 裂 は じめ に 植 物 の 組 織 を 小 さ く切 り出 して 適 切 に調 製 され た 培 地 で培 養 す る と,や が て細 胞 は 脱 分 化 して 未 分 化 細 胞 の 塊 (カ ル ス)に な り,活 発 に増 殖 す る,さ ら に培 養 を続 け る と,葉 緑 体 が 発 達 した緑 色 の領 域 が現 わ れ,そ こ か ら植 物 の 地 上 部(シ ュ ー ト)が 出現 す る.こ の植 物 体 再 生 の 実 験 は 高 校 の 生 物 の授 業 で も と りあ げ られ て い るの で,ご 存 知 の 方 も多 い だ ろ う.こ れ は植 物 細 胞 の 可 塑 性 を実 感 で き る 実 験 で あ るが,こ の 一 連 の 過 程 にお い て 重 要 な役 割 を演 じて い る 物 質 が サ イ トカ イニ ンで あ る. サ イ トカ イ ニ ン は植 物 の組 織培 養研 究 の 過 程 で 発 見 さ れ た 生 理 活 性 物 質 で あ る.SkoogとMillerは,タ バ コ 髄 の 柔 細 胞 な どか ら調 製 した カル ス を用 い て そ の 生 長 条 件 を くわ し く検 討 した1).そ の 際,オ ー キ シ ン存 在 下 に お い てDNAの 分 解 物 が カ ル ス の 増 殖 と分 化 効 率 を 著 し く上 昇 させ る こ とを 見 い だ し,こ の物 質 を カ イ ネチ ン と 名 づ け た.そ の の ち,カ イ ネチ ン様 の活 性 を も っ た植 物 内 在 性 の 物 質 が 探 索 さ れ,trans-ゼ アチ ン な どの 生 理 活 性 物 質 が 続 々 と分 離 され て サ イ トカ イ ニ ン と総 称 さ れ る よ う に な っ た.発 見 の経 緯 か ら も想 像 で き る よ うに,サ イ トカ イ ニ ン の 重 要 な生 理 活性 は 細 胞 分 裂 の活 性 化 に あ る と思 わ れ た.そ れ に加 え て,こ れ まで 行 な わ れ て き た 膨 大 な 生 理 学 的 実 験 の 結 果 か ら,サ イ トカ イニ ンが,葉 緑 体 の 分 化,器 官 の 老化 防 止,頂 芽 優 性 の抑 制 な ど,多 くの 生 理 過 程 に 関 与 す る こ とが 結 論 さ れ て い る2).し か し なが ら,こ れ らの 結 論 は培 養 組 織 や 植 物 個 体 に外 部 か らサ イ トカ イニ ン を加 え た場 合 の 反 応 を も とに 導 か れ た もの で あ り,植 物 自 らが 合 成 し利 用 す る サ イ トカ イニ ン (本稿 で は,「 内 在 性 サ イ トカ イ ニ ン」 と よ ぶ)の 生 物 学 的 機 能 につ い て は,な が ら く未 知 の ま ま で あ っ た. 近 年 の 植 物 ホ ル モ ン研 究,た と え ば,エ チ レ ン,ジ ベ レ リ ン,ブ ラ シ ノス テ ロ イ ドの研 究 を み れ ば わ か る よ う に,内 在性 ホ ル モ ンの 生 物 学 的機 能 の 理 解 の た め に は, 生 合 成 欠 損 変 異 株 や 感 受 性 変 異 株 の 分 離 に は じま る遺 伝 学 的解 析 が 常 套 手 段 とな って い る.し か し,サ イ トカ イ ニ ンの 場 合 に は,最 近 に 至 る ま で こ う し た研 究 は進 展 し な か っ た.エ チ レ ンに は トリ プ ル レ ス ポ ンス とい う ほ か の ホ ル モ ン作 用 と は明 瞭 に 区 別 で き る表 現 型 が,ま た, ジ ベ レ リ ンや ブ ラ シ ノ ス テ ロ イ ドに は特 徴 的 な 綾 性 表 現 型 が 変 異 株 分 離 の よ い指 標 と な っ た が,サ イ トカ イニ ン に は,組 織 培 養 に お け る効 果 を別 に す る と,特 有 の 明 確 な 変 異 表 現 型 が な か っ た か ら で あ る.ま た,2000年 に シ ロ イ ヌナ ズ ナ(Ambidopsis thaliana)の 全 ゲ ノ ム 配 列 が 解 読 され て か ら判 明 した こ と で あ るが,生 合 成 遺 伝 子 や

Chiharu Ueguchi, 名古 屋 大学 生 物機 能 開 発 利用 研 究 セ ン ター 植 物 細 胞 機 能分 野 E-mail : cueguchi@agr.nagoya-u.ac.jp Molecular mechanism and biological function of the cytokinin signal tansduction pathway

シ グ ナ ル伝 達 関連 遺伝 子 の 高 い 遺 伝 的 冗 長 性 は,劣 性 変 異 体 の 分 離 に は著 し く不 利 に働 い た と思 わ れ る. しか し,最 近 に な っ て この 状 況 は急 速 に 変 わ りつ つ あ る.サ イ トカ イ ニ ンの 受 容 と シ グ ナ ル伝 達 に か か わ る レ セ プ ター の 遺 伝 子 が遺 伝 学 的 に 同 定 さ れ た こ とが 突 破 口 と な り,二 成 分 制 御 系 因 子 が サ イ トカ イ ニ ン シグ ナ ル 伝 達 に 関与 す る こ とが 明 らか に され た.ま た,サ イ トカ イ ニ ン の生 合 成 や 分 解 に か か わ る遺 伝 子 が 同 定 され た こ と で,サ イ トカ イニ ンの 内在 量 を制 御 す る こ と も可 能 に な っ た.本 稿 で は,サ イ トカ イ ニ ン に 関 す る 最 近 の分 子 遺 伝 学 的 研 究 の進 展 を中 心 に紹 介 し,植 物 個 体 に お け る 内 在 性 サ イ トカ イ ニ ン の生 物 学 的 機 能 に つ い て 議 論 し た い. Ⅰ.サイ トカイ ニ ンの生 合成 と分 解 サ イ ト カ イ ニ ン の 生 合 成 に 関 し て 簡 単 に ふ れ て お こ う.活 性 型 の 内 在 性 サ イ ト カ イ ニ ン は ア デ ニ ン の 誘 導 体 で,プ リ ン環6位 の 窒 素 に イ ソ ペ ン テ ニ ル 基 が 結 合 し た イ ソ ペ ン テ ニ ル ア デ ニ ン あ る い は ヒ ドロ キ シ ル 化 さ れ た イ ソ ペ ン テ ニ ル 基 が 結 合 し たtrans-ゼ ア チ ン で あ る(図 1a).生 合 成 の 律 速 段 階 は,ジ メ チ ル ア リ ル ニ リ ン 酸 (DMAPP)を 供 与 体 と し てATPあ る い はADPを イ ソ ペ ン テ ニ ル 化 す る 段 階 に あ る と 考 え ら れ,こ れ は DMAPP-ATP/ADPイ ソ ペ ン テ ニ ル 転 移 酵 素(IPT)に よ っ て 触 媒 さ れ る(図1b).シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ に は7個 の IPT遺 伝 子(IPT1,IPT3∼IPT8)が 存 在 す る3,4).ま た 最 近,イ ソ ペ ン テ ニ ル 基 の ヒ ドロ キ シ ル 化 を 触 媒 す る 酵 素 が 同 定 さ れ,シ ト ク ロ ムP450(CYP735A)で あ る こ とが 報 告 さ れ た5). 生 理 活 性 物 質 の 内 在 量 の 調 節 に は,生 合 成 に 加 え て 分 解 も 重 要 な 役 割 を 果 た し て い る.活 性 型 サ イ ト カ イ ニ ン は,配 糖 体 化 な ら び に 酸 化 に よ る 側 鎖 の 切 断 と い う,お も に2つ の 経 路 で 不 活 性 化 さ れ る と 考 え ら れ て い る(図 1b).た と え ば,trans-ゼ ア チ ン は ゼ ア チ ン-o-グ リ コ シ ダ ー ゼ(ZOG)に よ っ て 側 鎖 が グ ル コ シ ド化 さ れ て 不 活 性 化 さ れ る6).あ る い は,サ イ トカ イ ニ ン 酸 化 酵 素(CKX) に よ っ て 側 鎖 が 切 断 さ れ ア デ ニ ン に 変 換 さ れ る こ と で も 不 活 性 化 さ れ る7).植 物 体 内 で は こ れ ら 両 経 路 の バ ラ ン ス に よ っ て 内 在 性 サ イ トカ イ ニ ン 量 が 調 節 さ れ て い る の だ ろ う.

Ⅱ.サイトカイニンの受容とシグナル伝達

1.サ イ トカイニンシグナル伝達における二成分制御系の 関与 サ イ ト カ イ ニ ン の 細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 に お け る 二 成 分 制 御 系 の 関 与 は,2つ の 方 向 か ら示 唆 さ れ た.ひ と つ は, Kakimotoに よ る シ ロ イ ヌ ナ ズ ナCKI1遺 伝 子 の 同 定 で あ る8).彼 は,ア ク チ ベ ー シ ョ ン タ ギ ン グ 法 を 用 い て サ イ ト カ イ ニ ン 非 存 在 下 で も カ ル ス の 緑 化 が 起 こ る 変 異 体 を 分 離 し,CKI超1(cytokinin independent1)と 名 づ け た. CKI1遺 伝 子 は 二 成 分 制 御 系 の ハ イ ブ リ ッ ド型 セ ン サ ー 図1 サイ トカ イ ニン の化 学構 造 と生合成 ・分解 経路 (a)サ イ トカ イ ニ ン の 化 学 構 造,活 性 型 サ イ トカ イ ニ ンで あ る イ ソ ペ ン テ ニル ア デ ニ ン(iP)とtrans-ゼ ア チ ン(tz)の 化 学 構 造 を 示 した,青 色 で 示 した 部 分 が 側鎖 で あ る,参 考 の た め,ア デニ ン の化 学 構 造 も示 した. (b)サ イ トカ イ ニ ン の 生 合 成 ・分 解 経 路.DMAPP:ジ メ チ ル ア リル ニ リン酸,iPRTP:イ ソペ ン テ ニ ル ア デ ニ ン リボ シ ド三 リ ン 酸,iPRDP:イ ソ ペ ン テ ニ ル ア デ ニ ン リ ボ シ ドニ リ ン 酸, iPRMP:イ ソ ペ ン テニ ル ア デ ニ ン リボ シ ド-リ ン酸,iPR:イ ソ ペ ンテ ニ ル ア デ ニ ン リボ シ ド,tZRTP:trans-ゼ ア チ ン リボ シ ド三 リ ン 酸,tZRDP:trans-ゼ ア チ ン リ ボ シ ドニ リ ン 酸, tZRMP:trans-ゼ ア チ ン リ ボ シ ド-リ ン酸,tZR:trans-ゼ ア チ ン リボ シ ド.矢 印 で 示 した反 応 を 触 媒 す る酵 素 は青 色 で 示 して あ る,IPT:イ ソ ペ ン テ ニ ル 転 移 酵 素,CKX:サ イ トカ イ ニ ン 酸 化 酵 素,ZOG:ゼ ア チ ン-0-グ リコ シ ダ ー ゼ.主 要 な 内 在 性 の 活 性 型 サ イ トカ イ ニ ン と 考 え ら れ て い る イ ソペ ン テ ニ ル ア デ ニ ン (ip)とtrans-ゼ ア チ ン(tZ)は,と く に強調 して 示 してあ る.

2551 蛋 白質 核酸 酵 素Vol.49No.16(2004) ヒ スチ ジ ン キ ナ ー ゼ を コー ドして お り,過 剰 生 産 に よ っ て サ イ トカ イ ニ ン非 依 存 的 な カル ス の 緑 化 を もた らす. も う ひ とつ は,サ イ トカ イニ ン反 応 の 初 期 応 答 遺 伝 子 の 検 索 で あ る.ト ウモ ロ コ シや シ ロ イ ヌナ ズ ナの 植 物 体 を サ イ トカ イ ニ ンで 処 理 した場 合,短 時 間 で 転 写 が 誘 導 さ れ る 遺伝 子 と して 二 成 分 制 御 系 レス ポ ンス レギ ュ レー タ ー を コ ー ドす る複 数 の 遺 伝 子 が 同 定 さ れ た9∼11)_{.こ れ ら} の 研 究 は,サ イ トカ イニ ンの受 容 と シグ ナ ル伝 達 機 構 に 二 成 分 制 御 系 が 深 くか か わ っ て い る こ とを 示唆 す る と受 け 止 め られ た.た だ し,CKl1遺 伝 子 は過 剰 発 現 に よ る 優 性 表 現 型 で 分 離 さ れ て きた もの で あ る た め,こ れ が 本 当 に サ イ トカ イ ニ ン シ グナ ル 伝 達 に関 与 す るか につ い て は 検 討 を要 す る.実 際,T-DNAに よ るcki1機 能 欠 損 変 異 体 が の ち に 同 定 さ れ た が,そ の 変 異 体 の 表 現 型 か ら,雌 性 配 偶 体 形 成 に必 須 な 因子 で あ る こ とが わ か っ た もの の,サ イ トカ イニ ン シグ ナ ル伝 達 との 関 係 はい ま だ に確 認 され て い な い12). 2.二 成分 制 御系 とは 以 下 の 記 述 の 理 解 の た め に,こ こ で 二 成 分 制 御 系 因 子 に つ い て 簡 単 に 振 り返 っ て お こ う(く わ し くは 文 献13を 参 照).単 純 な 二 成 分 制 御 系 で は,ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ に 備 わ る トラ ン ス ミ ッ タ ー ド メ イ ン の ヒ ス チ ジ ン残 基 が ま ず 自 己 リ ン 酸 化 さ れ,そ の リ ン 酸 基 が レ ス ポ ン ス レ ギ ュ レ ー タ ー の 保 持 す る レ シ ー バ ー ドメ イ ン の ア ス パ ラ ギ ン 酸 残 基 に 受 け 渡 さ れ る こ と で シ グ ナ ル 伝 達 が 行 な わ れ る.も う 少 し複 雑 な 系 で は,新 た な シ グ ナ ル 仲 介 ド メ イ ン と し てHPt(histidine-containing phosphotransfer)ド メ イ ン が あ い だ に 入 る こ と に よ っ て,ヒ ス チ ジ ン残 基 と ア ス パ ラ ギ ン 酸 残 基 の あ い だ を リ ン酸 基 が 交 互 に 移 動 す る と い う 多 段 階 リ ン 酸 リ レ ー 反 応 が 起 こ る, シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ に は,本 稿 で と り あ げ るAHK遺 伝 子 群 を 含 め て,11種 類 の ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ 遺 伝 子 が 存 在 す る14).HPt因 子 は ハ イ ブ リ ッ ド型 セ ン サ ー ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ の 下 流 で 機 能 す る こ と が 期 待 さ れ る が,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ に は5個 の 遺 伝 子(AHP1∼AHP5,AHP; Arabidopsis Hpt)が 存 在 す る14)(図2a).ま た,二 成 分 制 御 系 の 最 下 流 で 機 能 す る と 考 え ら れ る レ ス ポ ン ス レ ギ ュ レ ー タ ー は,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ で は 多 数 の 遺 伝 子 か ら な る フ ァ ミ リ ー(ARR;Arabidopsis response regulator)を 形 成 し て い る.こ の う ち,リ ン 酸 化 部 位 が 保 存 さ れ て い る グ ル ー プ は,そ の1次 構 造 上 の 特 徴 か らAタ イ プ とB タ イ プ の2つ の サ ブ フ ァ ミ リ ー に 分 け ら れ る14)(図2 a).Aタ イ プARRに は11遺 伝 子 が 含 ま れ て お り,レ シ ー バ ー ドメ イ ン の ほ か に は め だ っ た 機 能 ド メ イ ン を も た な い.Bタ イ プARRも11遺 伝 子 か ら な る が,レ シ ー バ ー ド メ イ ン のC末 端 側 に 比 較 的 長 い 配 列 を も ち_, そ の な か に はGARPド メ イ ン と 名 づ け ら れ たDNA結 合 モ チ ー フ,核 移 行 シ グ ナ ル,転 写 活 性 化 ドメ イ ン な ど が 含 ま れ て い て,こ れ ら は 核 に 局 在 す る 転 写 因 子 だ と 考 え ら れ る.な お,サ イ ト カ イ ニ ン に よ っ て 転 写 誘 導 が 起 こ る の はAタ イ プARRで あ り,Bタ イ プARRの 転 写 は サ イ トカ イ ニ ン に は 応 答 し な い11).

3.サ イ トカイニンシグナル伝達 にかかわる二成分制御系 因子

サ イ トカ イ ニ ン シ グ ナ ル 伝 達 に か か わ る こ と が 初 め て 明 ら か に さ れ た ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ 遺 伝 子 は,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ のAHK4遺 伝 子(Arobidopsis histidine kinase4, CRE1遺 伝 子 ま た はWOL遺 伝 子 と も よ ば れ て い る)で あ る.筆 者 ら は,そ の こ ろ 情 報 公 開 が 進 行 中 だ っ た シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の ゲ ノ ム 情 報 を も と に,新 規 の ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ 遺 伝 子 フ ァ ミ リ ー を 見 い だ し た15).AHK2;AHK3, AHK4と 名 づ け ら れ た3個 の 遺 伝 子 は,相 互 に 相 同 性 の 高 い ハ イ ブ リ ッ ド型 セ ンサ ー ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ を コ ー ド し て い た.こ れ ら は シ グ ナ ル 伝 達 ド メ イ ン の 相 同 性 の 高 さ も さ る こ と な が ら,複 数 の 膜 貫 通 領 域 に は さ ま れ た 細 胞 外 ド メ イ ン の 保 存 性 も 高 く(の ち にCHASEド メ イ ン と 命 名 さ れ る),同 一 の 細 胞 外 シ グ ナ ル を 感 知 す る 受 容 体 分 子 で は な い か と 推 測 さ れ た. 筆 者 ら は つ い で,AHK4遺 伝 子 にT-DNAが 挿 入 さ れ た 変 異 体ahk4-1を 同 定 し,表 現 型 解 析 と 分 子 生 物 学 的 解 析 を 行 な っ た 結 果,こ れ が サ イ ト カ イ ニ ン の 直 接 の 受 容 体 で あ り,シ グ ナ ル 伝 達 の 正 の 制 御 因 子 と し て 働 く こ と を 見 い だ し た16).ahk4-1変 異 ホ モ 接 合 体 は,カ ル ス か ら の シ ュ ー ト誘 導 や 根 の 伸 長 阻 害 に お い て,外 か ら 加 え た サ イ ト カ イ ニ ン に 対 す る 非 感 受 性 表 現 型 を 示 し た. さ ら に,AHK4遺 伝 子 は 出 芽 酵 母 の ハ イ ブ リ ッ ド型 ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼSln1の 機 能 欠 損 変 異 体 の 表 現 型 を サ イ トカ イ ニ ン依 存 的 に 抑 圧 で き た.ま た,筆 者 ら と は 独 立 にInoueら は,カ ル ス の サ イ ト カ イ ニ ン 応 答 が 低 下 し た 変 異 体 と し てcre1-1変 異 体 を 分 離 し,ポ ジ シ ョ ナ ル ク ロ ー ニ ン グ に よ っ て 原 因 遺 伝 子 がAHK4で あ る こ と を 見 い だ し た17).彼 ら も,こ の 変 異 体 を 用 い る こ と に よ っ

て 筆 者 ら と 同 様 の 実 験 結 果 と 結 論 を 得 て い る.AHK4 が サ イ トカ イ ニ ン の 直 接 的 な 受 容 体 で あ る こ と は,そ の の ち,生 化 学 的 に も 証 明 さ れ た18). AH1(4遺 伝 子 が ハ イ ブ リ ッ ド型 ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ を コ ー ドす る こ とか ら,HPt因 子 と レ ス ポ ン ス レ ギ ュ レ ー タ ー も サ イ ト カ イ ニ ン応 答 に 関 与 す る の で は な い か と 予 想 さ れ た.Okaら の グ ル ー プ は,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ か ら2個 の レ ス ポ ン ス レ ギ ュ レ ー タ ー 遺 伝 子 を 同 定 し, ARR1,ARR2と 命 名 し た19).ARR1のT-DNA挿 入 変 異 体 αrr1-1は,カ ル ス や 根 の 伸 長 に お い て,外 か ら 加 え た サ イ トカ イニ ン応 答 に対 して 弱 い非 感 受 性 表 現 型 を 示 す20).ま た,N末 端 側 に 位 置 す る レ シー バ ー ドメ イ ンを 欠 い たARR1変 異 を 強 制 発 現 させ る と,子 葉 の 表 面 に 不 定 芽 を形 成 した.こ れ らの 結 果 は,ARR1も サ イ トカ イ ニ ン シ グ ナ ル 伝 達 の 正 の 制 御 因 子 で あ り,レ シ ーバ ー ドメ イ ン がARR1の 活 性 を負 に 抑 制 して い る こ と を 示 唆 す る.ARR1はBタ イ プARRに 属 し,サ イ トカ イニ ン シグ ナ ル の1次 応 答 に 関 与 す る転 写 活 性 化 因 子 で あ る と 考 え ら れ る.実 際,ARR1とARR2が5'-(G/A)-GAT-(T/C)-3'と い う コ ア 配 列 に 好 ん で 結 合 す る こ と,培 養 細 胞 で 一 過 的 に発 現 させ た場 合,標 的 遺 伝 子 の転 写 を 活 性 化 で きる こ と な どが 報 告 され て い る21). こ う した遺 伝 学 的 研 究 とな らん で,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の プ ロ トプ ラ ス ト懸 濁 培 養 細 胞 に お け る 一過 的 発 現 系 を利 用 して,二 成 分 制 御 系 因 子 とサ イ トカ イ ニ ン応 答 の 関連 を網 羅 的 に検 証 す る研 究 が な さ れ た.ヒ ス チ ジ ン キ ナ ー ゼ で あ るAHK4か ら細 胞 内 シ グ ナ ル伝 達 が ス タ ー トす る な らば,も っ と も 単 純 な シ グ ナ ル伝 達 経 路 と して, HPt因 子 で あ るAHPを 仲 介 者 と して,レ ス ポ ン ス レギ ュ レー ター で あ るBタ イ プARRに リ ン酸 基 が 受 け 渡 さ れ る と考 え られ る.HwangとSheenは,Aタ イプARR に 属 す るARR6遺 伝 子 の,サ イ トカ イ ニ ン誘 導 性 プ ロ モ ー ター 活 性 に 対 す る 二 成 分 制 御 系 遺 伝 子 の 一 過 的発 現 の 影 響 を 検 討 し た22}.Bタ イ プARRを 共 発 現 さ せ る と ARR6遺 伝 子 の 転 写 活 性 は 上 昇 し,そ の 効 果 は サ イ トカ イ ニ ン添 加 に よ っ て さ ら に 高 ま っ た.他 方,Aタ イ プ ARRを 共 発 現 させ る と逆 に プ ロ モ ー ター 活 性 は 阻 害 さ れ,こ れ らが シ グ ナ ル伝 達 の 負 の 制 御 因子 で あ る こ とが 示 唆 され た.AHPの 共 発 現 はARR6遺 伝 子 プ ロ モ ー タ ー 活 性 に は ほ と ん ど影 響 しな い が_{,一 部 のAHPは サ イ} トカ イ ニ ン処 理 に よ って 核 へ と細 胞 内 局 在 性 を 変 え る こ とが わか っ た. 彼 ら は,こ う した 実 験 結 果 をふ まえ て 以 下 の よ うな モ デ ル を提 唱 した22,23)(図2b).細 胞 質 膜 上 の ハ イ ブ リ ッ ド型 セ ンサ ー ヒス チ ジ ン キ ナ ー ゼ にサ イ トカ イ ニ ンが結 合 し,こ の セ ンサ ー 分 子 の 自己 リ ン酸 化 を促 す.リ ン酸 基 は この 分 子 内 で ま ず 転 移 さ れ,つ い でAHPに 受 け渡 さ れ る.リ ン酸 化AHPが 細 胞 質 か ら核 へ と移 行 してB タ イ プARRに リ ン酸 基 を転 移 す る.活 性 化 され たBタ イ プARRがAタ イ プARR遺 伝 子 な ど の 転 写 を 誘 導 し,増 加 したAタ イ プARRは(お そ ら く は,Bタ イ プ ARRと リ ン酸 リ レー 反 応 に お い て競 合 す る こ とで)サ イ 図2 シロイ ヌナ ズナニ 成分 制御 系因 子 とサ イ トカイ ニ ン シ グ ナ ル 伝 達 モ デ ル シ ロ イ ヌナ ズ ナの サ イ トカイ ニ ン シ グナ ル 伝 達 に 関与 す る(可 能性 が あ る)二 成 分制 御 系 シ グナ ル 伝 達 因 子(a)と,も っと も 単 純 な シ グ ナ ル 伝 達 モ デ ル(b)を 示 し た,T,R,RLは,そ れ ぞ れ トラ ン ス ミ ッタ ー,レ シー バ ー 、レ シー バ ー 様 ドメ イ ン を,CHASEお よ びGARPは,そ れぞ れCHASEド メ イ ン とGARPド メ イ ン を 示 す.HとDは,リ ン酸 化 を受 ける 保 存 さ れ た ヒス チ ジ ン残 基 と

アス パ ラ ギ ン酸 残 基 を,Pは リ ン酸 基 を示 す.

2553 蛋 白質 核酸 酵 素Vol.49No.16(2004) トカ イ ニ ン シ グナ ル伝 達 を フ ィー ドバ ッ ク 阻害 す る.こ の モ デ ル は 二 成 分 制御 系 に つ い て の これ まで の 共 通 理 解 と矛 盾 が な く,多 くの研 究 者 が 予 想 して い た もの だ っ た だ け に,今 日広 く受 け 入 れ られ て い る.た だ し,実 際 の シ グ ナ ル 伝 達 経 路 が 二 成 分 制 御 系 因 子 問 の リ ン酸 リ レー の み に 依 拠 してい るか につ い て は ま だ結 論 で きな い.た と え ば,リ ン酸 化 部 位 を変 異 させ たARR2を 導 入 し た 場 合 に も野 生 型 同 様 の サ イ トカ イ ニ ン応 答 が み られ る な ど,単 純 な モ デ ル で は 説 明 が で きな い 結 果 も存 在 す る. 実 際,彼 ら も こ う した 事 実 を ふ ま え て,Bタ イ プARR の 活 性 を負 に制 御 す る未 知 の 因 子 を モ デ ル に組 み 込 ん で お り,シ グ ナ ル伝 達 経 路 の完 全 な 理 解 は 将 来 の 課 題 で あ る と い え る.

Ⅲ.サ イ トカイニンの生物学的機能

1.内 在性サイ トカイニン量の人為調節 前 述 した よ うに,内 在 性 ホ ル モ ン の 生 物 学 的 機 能 を 理 解 す る常 套 手 段 の ひ とつ は,そ の ホ ル モ ン の生 合 成 欠 損 株 の 分 離 と表 現 型 解析 で あ る.し か しなが ら,サ イ トカ イ ニ ン合 成 酵 素 の 機 能 欠損 変 異 株 を対 象 に した場 合 に は, 高 い 遺 伝 的 冗 長性 ゆ え に 解析 に困 難 が 伴 う.Schm〓lling らの グ ルー プ は,発 想 を 変 え て,生 合 成 経 路 に は手 を つ け る こ と な く,分 解 を促 進 す る こ とで 内 在 性 サ イ トカ イ ニ ン量 の低 下 を も くろ ん だ24,25).活 性 型 サ イ トカ イ ニ ン を不 活 性 化 す る サ イ トカ イ ニ ン酸 化 酵 素 遺 伝 子 は,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ に は6個(AtCKX1∼AtCKX6)存 在 す る.彼 らは,こ れ らの遺 伝 子 を タバ コ な い し シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ に お い て 人 為 的 に過 剰 発 現 さ せ る こ とに よ って 内 在性 サ イ トカ イ ニ ン量 を低 下 させ る こ と を 試 み た.作 製 した 個 々 の 形 質転 換 植 物 に よ っ て 値 は さ ま ざ ま で あ るが,野 生 型 と比 較 す る と,ど ち ら に お い て も約30%程 度 に ま で 内 在 量 が 低 下 して い た. これ ら形 質転 換 植 物 の生 育 は,さ ま ざ ま な点 で 野 生 型 とは 異 な る表 現 型 を示 した.形 質 転 換 に用 い た植 物 種 や 過 剰 発 現 させ た遺 伝 子 の 違 い に よ っ て 表 現 型 の 程 度 は微 妙 に異 な るが,強 い 表 現 型 を簡 単 に ま とめ る と以 下 の よ う に な る.ま ず,こ れ ら植 物 体 の 地 上 部 の 形 態 は 極 度 に 倭 化 し,各 器 官 の 生 長 が 著 し く 阻 害 さ れ た.ま た,茎 頂 分 裂 組 織 の縮 小 に伴 い,本 葉 形 成 速 度 も低 下 し,葉 間 期 が 長 くな っ た.さ ら に,本 葉 自体 の 生 長 も著 し く阻 害 さ れ,葉 身 にお け る 高 次 の 維 管 束 形 成 も不 十 分 であ っ た. そ して,生 長 阻 害効 果 は生 殖 生 長 期 に お い て も ひ き続 き 観 察 され,花 成 遅 延,短 い花 茎,花 の 数 の 減 少 な どの 表 現 型 を 示 した.ま た,花 の 構 造 な どは 一 見 正 常 で あ る が, 稔 性 は低 下 した.以 上 の よ うに,内 在 性 サ イ トカ イニ ン 量 を減 少 させ た 場 合,発 芽 以 降 の 生 長 に お い て 多 面 的 な 負 の 影 響 が 現 わ れ る こ とが わ か っ た. お も しろ い こ とに,こ れ ら形 質 転 換 株 にお い て,地 上 図3 ahk多 重変異 体の地上 部表現型 (a)野 生 型,(b)ahk2ahk3二 重 変 異 体, (c)ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 体 の 播 種 後3週 間 後 の ロ ゼ ッ ト,ス ケ ー ル バ ー は 1cm.(d)播 種 後5週 間 後 の 植 物 体.左 か ら,野 生 型,ahk2ahk4二 重 変 異 体, ahk3ahk4二 重 変 異 体,ahk2ahk3二 重 変 異 体,ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 体, (e)播 種 後7週 間 後 のahk2ahk3ahk4 三 重 変 異 株 の 植 物 体,ス ケ ー ル バ ー は1 cm. [文 献26よ り 改 変,許 可 を 得 て 転 載]

部 にお け る負 の 影 響 とは 逆 に,根 の 生 長 は野 生 株 よ りか え っ て昂 進 す る こ とが 観 察 さ れ た.主 根 の 生 長 速 度 ・側 根 や 不 定 根 の形 成 頻 度 ・表 皮 や 皮 層 の構 成 細 胞 数 と い っ たパ ラ メ ー タ ー は,い ず れ も野 生 株 に比 べ て 昂 進 す る. 彼 らは,こ れ ら の 結 果 を も と に して,内 在 性 サ イ トカ イ ニ ンは植 物 の 生 長 に対 して 地 上 部 と根 系 で は正 反対 の 役 割 を果 た して い る とい う こ と を提 唱 し た. こ の 実 験 で は 非 特 異 的 プ ロ モ ー タ ー を用 い てAtCKX 遺 伝 子 を過 剰 発 現 させ た た め,栄 養 生 長 期 の 表 現 型 が 生 殖 生 長 期 の生 物 現 象 に 副 次 的 な 影 響 を 与 えた 可 能 性 は 否 定 で き な い.後 述 す る よ う に,組 織 や 器 官 特 異 的 プ ロ モ ー ター を用 い る こ とで サ イ トカ イ ニ ン量 を局所 的 に減 少 させ る こ とが で きれ ば,こ の よ う な2次 的 影響 を排 除 し た解 析 が 可 能 に な り,応 用 範 囲 の 広 い 優 れ た実 験 系 に な る と思 わ れ る. 2.サ イ トカイニン非感受性変異体 植 物 ホ ル モ ンの 生 物 学 的 機 能 を知 る う えで,生 合 成 欠 損 変 異 体 と同様 に,非 感 受 性 変 異 体 の 表現 型 は重 要 な知 見 を 与 え て くれ る.前 述 し た よ う に,筆 者 らは サ イ トカ イ ニ ン非 感 受 性 変 異 体ahk4-1を 単 離 ・解 析 した が,こ の 変異 体 は植 物 体 外 か ら加 え た サ イ トカ イ ニ ンに 対 して は典 型 的 な 非 感 受 性 表 現 型 を示 す もの の,通 常 の 生 育 条 件 下 で は正 常 に生 育 し,な ん ら野 生 型 と異 な る表 現 型 を 示 す こ とは な か っ た16).こ れ は,AHK4遺 伝 子 以 外 に も AHK2遺 伝 子 やAHK3遺 伝 子 と い う ホ モ ロ グ が 存 在 す る とい う遺 伝 的 冗 長 性 の た め で あ る と考 え られ た.し た が って,こ れ らすべ て の遺 伝 子 の 機 能 欠 損 変 異 を分 離 し て 多 重 変 異 株 を作 製 す れ ば,サ イ トカ イ ニ ン を感 知 で き な い が ゆ えの 特 異 的 な 表 現 型 を 示 す だ ろ う と期 待 され た わ け で あ る. 筆 者 ら は,AHK2遺 伝 子 お よ びAHK3遺 伝 子 のT-DNA挿 入 変 異 体 を そ れ ぞ れ 複 数 同 定 し,ahk4-1変 異 体 も含 め た 多 重 変 異 株 を 構 築 し て 表 現 型 解 析 を行 な っ た26).AHK2遺 伝 子 とAHK3遺 伝 子 の 変 異 体 につ い て, まず 外 か ら加 え た サ イ トカ イ ニ ン に対 す る応 答 を調 べ る こ とで,こ れ らがAHK4遺 伝 子 と 同様 に サ イ トカ イ ニ ン シ グナ ル伝 達 の 正 の 制 御 因 子 を コー ドして い る こ と を確 か め た.こ れ ら3種 のahk変 異 体,ahk2,ahk3,ahk4を 掛 け 合 わせ て 二 重 変 異 体 を 作 製 した と こ ろ,野 生 型(図 3a)と 比 べ,ahk2ahk3二 重 変 異 体 は 地 上 部 で 半 綾 性 表 現 型 を 示 し た(図3b)が,ahk2ahk4二 重 変 異 体 とahk3 ahk4二 重 変 異 体 は 野 生 型 と区別 で きな か っ た.つ い で, こ れ ら の 二 重 変 異 体 を相 互 に 掛 け 合 わ せ る こ と でahk2 ahk3ahk4三 重 変 異 体 の 作 出 を 試 み た.当 初 この よ う な 変 異 体 は胚 性 致 死 に な る の で は な い か と予 想 され た が, 案 に相 違 して,こ の 三重 変 異 体 は生 育 可 能 で あ っ た.も っ と も,以 下 に 述 べ る よ うに 多 面 的 な 生 長 阻 害 表 現 型 を 示 した. ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 株 の 芽 生 え は,す べ て の 器 官 の サ イ ズ が 縮 小 して い た.子 葉 は 小 さ く,胚 軸 は短 い. また,主 根 の 伸 長 も悪 い.発 芽 後 の 栄 養 生 長期 間 にお け る 地 上 部 の 形 態 は,前 項 で 述 べ たAtCKX過 剰 発 現 体 の そ れ に よ く似 て い る.す な わ ち,少 な い細 胞 数 で 構 成 さ れ た小 さ な 茎 頂 分 裂 組 織 を も ち,本 葉 の 形 成 頻 度 もわ ず か で は あ るが 低 下 す る.本 葉 の 葉 柄 は 短 く,葉 身 の サ イ ズ も縮 小 し,全 体 的 に コ ンパ ク トな ロ ゼ ッ トを形 成 す る (図3c).葉 身 に お け る 高 次維 管 束 の 形 成 は 未 熟 で あ り, 維 管 束 密 度 は減 少 す る.し か しな が ら,気 孔 の 孔 辺 細 胞 や トラ イ コー ム の 分 化 は正 常 で あ り,細 胞 分 化 の 過 程 に 異 常 は認 め ら れ な い.生 長 阻害 の 程 度 は生 殖 生 長 期 に な る と さ ら に 顕 著 に な る(図3d).花 成 移 行 の 時 期 は 個 体 ご と に ま ち ま ち で あ り,も っ と も早 く移 行 した 個 体 で も 野 生 型 よ り1週 間 以 上 は 遅 れ る.伸 長 した 花 茎 は 細 くて 短 く,2∼3個 の 花 を 生 じる の み で あ る(図3e).花 の サ イ ズ は わ ず か に 小 さ くな る が,形 態 や 構 造 は正 常 にみ え る.し か しな が ら,稔 性 は な く,種 子 を実 らせ る こ とが な い.不 稔 で あ る原 因 は雄 性 側 と雌 性 側 の 双 方 に あ り, 配 偶 体 形 成 や 受 粉 後 の 過 程 に な ん らか の 欠 陥 が 生 じて い る と思 わ れ る. 最 近,ト ウ モ ロ コ シCKX遺 伝 子 を葯 あ る い は花 粉 粒 特 異 的 に 強 制 発 現 させ,内 在 性 サ イ トカ イ ニ ン量 を組 織 特 異 的 に 減 少 さ せ た 形 質 転 換 トウ モ ロ コ シ が 作 出 さ れ た27).こ の 植 物 は 花 粉 粒 の成 熟 が う ま くい か ず 雄 性 不 稔 に な る.し た が っ て,ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 株 の 不 稔 性 は,栄 養 生 長 期 の生 育 阻 害 に 由来 す る2次 的 影 響 とい う よ り も,サ イ トカ イ ニ ン非 感 受 性 が もた ら した 直 接 的 な 影 響 で あ る可 能性 が 高 い とい え る.ち なみ に,ahk2ahk3 二 重 変 異 体 は,生 殖 生 長 期 に お い て わず か な花 成 遅 延 と 野 生 型 の 半 分 程 度 に短 縮 した花 茎 を生 じる もの の,花 の 形 態 や 稔 性 に は ま っ た く問 題 は な い(図3d).ま た,筆 者 ら と は独 立 にHiguchiら も,別 のahk変 異 ア リ ル を 用 い て 同 様 の 結 果 を 報 告 して い る28). 簡 単 にみ て き た よ う に,ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 株 の

2555 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.49No.16(2004) 地 上 部 はAtCKX過 剰 発 現 体 と よ く似 た 表 現 型 を示 す. しか し,根 にお け る 表 現 型 は 両 者 で ま っ た く異 な っ て い た.AtCKX過 剰 発 現 体 の 根 の 生 長 は 野 生 型 よ り促 進 さ れ る の に対 し,ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 株 で は地 上 部 と 同様 に著 し く阻 害 さ れ て し ま う.主 根 の 生 長 速 度 は野 生 型 の 約20%程 度 しか な く,側 根 は ま っ た く形 成 さ れ な い.お も しろ い こ と に,胚 軸 と主 根 の接 合 部 か ら多 数 の 不 定根 が 形 成 さ れ る た め,寒 天培 地 上 で 長 く培 養 す る と あ た か も単 子 葉 植 物 に特 徴 的 な “ひ げ 根 ”様 の 形 態 を示 す よ う に な る.ahk2ahk3二 重 変 異 体 は,地 上 部 こそ 半 綾 性 表 現 型 を示 す が 根 の 形 態 や 生 長 は正 常 であ っ た.こ れ は,AHK4遺 伝 子 の 発 現 が 根 に お い て高 い た め,ahk2 ahk3二 重 変 異 の 影 響 を部 位 特 異 的 に抑 制 で きた た め で あ ろ う15). 程 度 の 差 こ そ あ れ,内 在 性 ホ ル モ ン量 の 低 下 した株 の 表 現 型 とホ ル モ ン非 感 受 性 の 株 の 表 現 型 と は基 本 的 に 一 致 す る こ とが 期 待 さ れ る.し か し,AtCKX過 剰 発 現 体 とahk2ahk3ahk4三 重 変 異 株 の 根 の 表 現 型 が 逆 転 して い る の は な ぜ だ ろ うか.ひ とつ の解 釈 と して は,サ イ ト カ イニ ンの 作 用 強 度 が 地 上 部 と根 で 異 な っ てい る こ とが 原 因 だ と考 え られ る.オ ー キ シ ンに お い て典 型 的 に観 察 され る よ うに,ホ ルモ ンに 対 す る生 理 反 応 はあ る閾 値 ま で は 濃 度 依 存 的 に起 こ る が,閾 値 を こ えた 高 濃 度 で はか え っ て 阻 害 さ れ る こ とが あ る.カ ル ス の 緑 化 や シュ ー ト 誘 導 とい う典 型 的 な サ イ トカ イ ニ ン応 答 に お い て も,こ う した 高 濃 度 で の 阻 害 が 観 察 さ れ る.野 生 型 の根 の生 長 に対 して は,閾 値 を こ え た 阻 害 が 通 常 の 生 育条 件 下 で 生 じてい る の か も しれ な い.た と え ば,地 上 部 に比 べ て根 系 の 内 在 性 サ イ トカ イ ニ ン量 が 多 か っ た り,サ イ トカ イ ニ ンに対 す る 感 受 性 が 高 か っ た り(こ れ は,AHK4遺 伝 子 の 根 特 異 的発 現 を 考 慮 す れ ば あ りそ う な 想定 で あ る) す る こ と で 生 じ う る だ ろ う.そ う で あ れ ば,AtCKX遺 伝 子 を 過 剰 に発 現 させ た こ と に よ っ て低 下 した 内 在性 サ イ トカ イニ ン量 が,根 の 生 長 に と っ て は か えっ て 至 適 濃 度 に近 い状 態 に な っ た 可 能 性 は あ る だ ろ う.こ れ は あ く まで ひ とつ の解 釈 で は あ るが,サ イ トカ イニ ンの 生 理 機 能 を植 物 個 体 全 体 を通 じて 統 一 的 に 理 解 で きる と い う点 で す ぐれ て い る と思 わ れ る. 3.細 胞 レベ ルで のサ イ トカ イニ ン の機能 AtCKX過 剰 発 現 体 とahk2ahk3ah々4三 重 変 異 株 の 表 現 型 解 析 か ら,内 在 性 サ イ ト カ イ ニ ン 量 の 減 少 あ る い は サ イ トカ イ ニ ン非 感 受 性 が植 物 器 官 生 長 を阻 害 して い る こ とが 判 明 した.で は,こ れ らの 表 現 型 は細 胞 レベ ル で の い か な る 変 化 に そ の 基 盤 を お い て い る の だ ろ う か. Schm〓llingら の グ ル ー プ は,AtCKX過 剰 発 現 体 の 組 織 学 的 観 察 か ら,葉 な どの 器 官 の 媛 化 は 主 と して構 成 細 胞 数 の 減 少 が 原 因 で あ る こ と を示 した24,25).筆者 ら も,ahk 二 重 変 異 体,ahk三 重 変 異株 の 葉 身 生 長 の 速 度 論 的 解 析 結 果 か ら,葉 身 生 長 の初 期段 階 で の平 均 的 な細 胞 分 裂 活 性 が 低 下 して い る こ と,最 終 的 な平 均 細 胞 面 積 に は違 い が 認 め られ ず,葉 身 全 体 の縮 小 は一 義 的 に構 成 細 胞 数 の 減 少 に よ る もの で あ る こ とな ど を見 い だ した26).お も し ろ い こ と に,本 葉 生 長 期 の 中期 に お い て,平 均 細 胞 面 積 はahk三 重 変 異 体 の ほ うが 大 きい 傾 向 に あ り,変 異 体 で は細 胞 伸 長 と い う分 化 過 程 が 野 生 型 よ り早 期 に起 こ っ て い る の で は な い か と思 わ れ る.こ う した 変 化 は根 端 領 域 で も観 察 さ れ て い る.シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の 根 端 分 裂 組 織 は 静 止 中心 と そ れ を取 り囲 む 各 種 始 原 細 胞 か らな る.始 原 細 胞 の 分 裂 に よ っ て 生 じた 娘 細 胞 は 分 裂 を続 けて 細 胞 数 を増 や し,分 裂 組 織 か ら離 れ た 分 化 領 域 に到 達 して よ うや く分 裂 を止 め,軸 方 向へ の伸 長 を は じめ とす る細 胞 分 化 が 進 行 す る.ahk三 重 変 異 株 で は,分 裂 組 織 か ら生 み 出 され た 細 胞 は 直 接 隣 接 す る 領 域 で す ぐに 分 裂 を止 め,あ た か も伸 長 領 域 に入 っ た か の よ う に細 胞 伸 長 を 開 始 して い た(図4).そ の 結 果,ahk三 重 変 異 体 の 根 端 部 で は細 胞 分 裂 活 性 の 高 い 領 域 の 体 積 が 著 し く縮 小 して い る. 以 上 の観 察 結 果 は,内 在 性 サ イ トカ イ ニ ンの 主 要 な 生 物 学 的 機 能 が,細 胞 の 分 裂 活性 維 持 に あ る の で は な い か とい う こ と を強 く示 唆 して い る.ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 株 やwol変 異 体 で は根 維 管 束 の 師 管 形 成 に 欠 損 を示 し,特 異 的 な 細 胞 分 化 に 関与 す る こ と を一 見 うか が わせ る26,29).しか し,た とえ ばwus変 異 体 の 不 完 全 な花 にみ られ る よ う に,一 群 の 細 胞 か ら時 間 差 をお い て複 数 の 組 織 が 分 化 す る よ う な場 合,供 給 さ れ る細 胞 数 の減 少 が 時 間 的 に あ と に な っ て分 化 す る組 織 や 器 官 の 欠 損 を ひ き起 こす こ とが あ る30).ahk三 重 変 異 体 の 本 葉 で は細 胞 分 化 そ の も の は ま っ た く正 常 で あ った の で,根 維 管 束 に お け る 師 管 組 織 の 欠 損 は,変 異 の 直接 の 結 果 とい う よ り分 裂 活 性 の 低 下 に伴 う副 次 的 な 表 現 型 で あ る と考 えた ほ うが い い だ ろ う. こ れ まで,細 胞 周 期 の 進 行 に サ イ トカ イ ニ ンが促 進 的 な 効 果 を 与 え る と い う報 告 が い くつ か な され て い る31∼33).

た と え ば,G1/S期 進 行 に 関 与 す る サ イ ク リ ンD3遺 伝 子 の発 現 は,植 物 体 外 か ら加 え た サ イ トカ イ ニ ン に よ っ て 誘 導 され る とい う もの で あ る33).今 後,サ イ トカ イ ニ ン シ グ ナ ル 伝 達 の 活 性 化 と細 胞 周期 制 御 の 関 連 を 分 子 レ ベ ルで 明 らか に す る こ とが 必 要 とな るだ ろ う. 4,分 裂組織の形成 とサイ トカイニン 未 分 化 細 胞 の 集 合 体 か ら 自己組 織 化 され た シ ュ ー トを 誘 導 す る能 力 は,サ イ トカ イ ニ ンの生 物 学 的 重 要 性 に 説 得 力 を与 え る.シ ュ ー トの 誘 導 にお い て もっ と も重 要 な イ ベ ン トは,い う ま で も な く茎 頂 分 裂 組 織 の 形 成 で あ る.し た が っ て,胚 発 生 時 にお い て もサ イ トカ イ ニ ンが 必 須 な 役 割 を 果 た す と期 待 さ れ て きた の に も無 理 は な い34).こ の 点 で,ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 株 にお い て, 茎 頂 分 裂 組 織 形 成 を含 む 胚 発 生 過 程 が お お む ね正 常 に 進 行 す る こ と は驚 きで あ っ た.こ の 結 果 の 説 明 と して は, 大 き く以 下 の2つ の 可 能性 が 考 え られ る.ひ とつ は,サ イ トカ イ ニ ン は植 物 生 長 に 重 要 で は あ るが,必 須 で は な い とい う考 えで あ る.こ れ まで 暗 黙 の う ち に,組 織 培 養 に お け る不 定 芽 形 成 過 程 は 実 際 の胚 発 生 過 程 と同 一 で あ る と考 え ら れ て き た が,こ れ が 正 しい と い う保 証 は な く,サ イ トカ イ ニ ンの 必 要 性 も両 者 で 異 な っ て い る と い う可 能 性 で あ る.も う ひ とつ は,AHKが 唯 一 の サ イ ト カ イ ニ ン受 容 体 で は な い とい う可 能 性 で あ る.最 近, AHK以 外 の 分 子 が サ イ トカ イ ニ ン受 容 と シ グ ナ ル 伝 達 に 関 与 す る の で は な い か と い う こ とを 示 唆 す る報 告 が な さ れ て い る35,36).こ れ らが 実 際 にサ イ トカ イニ ン シ グ ナ ル伝 達 にか か わ るか に つ い て は ま だ判 断 で き る段 階 で は な い が,今 後 の 進 展 に 注 意 す べ き で あ ろ う. お わ り に サ イ トカ イ ニ ン シグ ナ ル 伝 達 機 構 に つ い て の 理 解 は, こ こ4年 た らず の あ い だ に 大 き く進 ん だ.懸 案 で あ った 内 在 性 サ イ トカ イ ニ ンの生 物 学 的 機 能 につ い て も,細 胞 分 裂 活 性 との 関 連 を 明 らか に す る こ と が で き た.し か し,積 み 残 され た 課 題 は多 い.シ グ ナ ル 伝 達 経 路 の 根 幹 部 分 は理 解 で きた と して も,そ れ で 十 分 な の か に つ い て は 前 述 した よ う に疑 問 が 残 る.よ り生 物 学 的 な課 題 と し て は,サ イ トカイ ニ ンシ グ ナ ル伝 達 の ア ウ トプ ッ トの 理 解 が 重 要 で あ ろ う.こ れ に は シ グナ ル伝 達 の標 的 遺伝 子 とそ の 分 子 機 能 を理 解 す る こ と と と も に,細 胞 や 個 体 レ ベ ル で 起 こ る生 物 学 的 現 象 とサ イ トカ イ ニ ンの 関連 を理 解 す る と い う こ とが 必 要 で あ ろ う.た と え ば,本 稿 で 詳 述 した サ イ トカ イ ニ ン に よ る細 胞 分 裂 の 活 性 化 や 活 性 維 持 が,細 胞 周 期 制 御 機 構 と具 体 的 に ど う関 連 す るか とい う課 題 が あ る.最 近,サ イ トカ イ ニ ン初 期 応 答 遺 伝 子 で あ るAタ イ プARRの ひ と つ で あ るARR4が,フ ィ ト

ク ロ ム 分 子 と直 接 相 互 作 用 して 活 性 型 フ ィ トク ロ ム の安 定 化 を もた らす とい う結 果 が 報 告 さ れ た が,こ れ な どは サ イ トカ イニ ン応 答 と光応 答 の ク ロ ス トー ク を示 唆 す る 点 で注 目 に値 す る37). 近 年,シ ロ イヌ ナ ズ ナ リ ソー ス の 整 備 が 進 み,逆 遺 伝 学 的 手 法 に よ る解 析 が 容 易 に な っ て きた.遺 伝 的 冗 長 性 が 高 い 遺伝 子 群 の 解 析 につ い て も,多 重 変 異 株 を作 製 す る 苦 労 は あ る が,必 要 な材 料 を そ ろ え る こ と は不 可 能 で は な い.本 稿 で は ふ れ る余 裕 が な か っ た が,Kieberら の グ ル ー プ は,Aタ イ プARR遺 伝 子 の う ち6個 を 同 時 に(!)破 壊 した 株 を構 築 し,表 現 型 解 析 を行 な っ た 実 験 を 報 告 して い る38).サ イ トカ イニ ン研 究 に 限 らず,今 後 は こ う した逆 遺 伝 学 的 手 法 を駆 使 す る こ と で,生 物 個体 そ の も の を対 象 と した 植 物 研 究 が い っ そ う進 展 す る こ と で あ ろ う. 名 古屋 大 学 生 物 機 能 開 発利 用 研 究 セ ン ター 植 物 細 胞 機 能 分 野 の 共 同研 究者 な らび に メ ンバ ーに 感謝 いた し ます 。 (文献 番 号 を太 字 に した もの は と くに重 要 で あ る こ とを示 す)

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野 生 型(a,c),お よ び,ahk2ahk3ahk4三 重 変 異 体(b,d)の 根 端 を, ヨ ウ 化 プ ロ ピ ジ ウ ム 染 色(a,b),あ る い は,DAPI染 色(c,d)し た の ち,共 焦 点 レ ー ザ ー 顕 微 鏡 で 観 察 し た.ス ケ ー ル バ ー は50μm. [文 献26よ り 改 変,許 可 を 得 て 転 載]

2557 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.49No.16(2004)

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