今日の話題
277
化学と生物 Vol. 51, No. 5, 2013
ストリゴラクトン様化合物カロラクトンの新たな生合成経路
植物分子生物学と生化学の融合による新たな発見
ストリゴラクトン （SL） は植物ホルモンの一つであ り，植物体内において分枝の成長を抑制する働きをも つ（1, 2）．もともとSLは根寄生植物ストライガ （
） などの種子発芽を誘導する物質として発 見され（3），多くの植物の根浸出液から単離・同定され た．2005年にはミヤコグサの根浸出液からSLの一つで ある5-デオキシストリゴールが同定されたが，この物質 はアーバスキュラー菌根菌の菌糸分岐を誘導することが 示された（4）．このようにSLは植物のみならず複数の生 物間で情報伝達物質として働いており，その構造と受容 体について多くの研究が進められている．これまで突然 変異体の解析などを通して，SL生合成にかかわるとさ れるいくつかの酵素が発見されていたが，詳細は不明な ままであった．2012年にSL生合成経路の起点となる反 応が明らかとなったので紹介する．
天然のSLは複数同定されており，多様な構造をもつ が，ラクトン環を含む三環系のテルペノイド（ABC環）
にさらにもう一つラクトン環（D環）がエノールエーテ ル結合した四環性の共通した基本骨格をもつ（図1A）． ABC環の骨格部分はアブシジン酸 （ABA） のものと相 似であり，SLもABAと同様にカロテノイドを合成初発 基質としていることが予想された．実際，カロテノイド
合成阻害剤を処理した植物体からの根浸出液をストライ ガの種子に与えると，非処理個体からの根浸出液を与え た場合に比べ，発芽割合は減少する．また，種々のカロ テノイド代謝系変異体の根浸出液を与えた場合も同様に 減少する．このことからSL生合成反応における初発基 質はカロテノイドであることが推測され，2005年に単 純な経路が想定された（5） （図1B）．その後，突然変異体 を用いた実験によりSL生合成への理解が進んだ．シロ イヌナズナの分枝過剰変異体 , に合成 SL
（GR24） を投与すると分枝が減少して表現型が野生型と 同程度に回復することから，これらはSL生合成変異体 だと考えられた．原因遺伝子が同定され，カロテノイド 酸 化 開 裂 酵 素 （Carotenoid Cleavage Dioxygenase ; CCD） である CCD7, CCD8 をそれぞれコードしている ことが明らかとなった（6）．また，イネやエンドウの分枝 過剰変異体においてもCCDをコードする遺伝子変異に 原因があることが報告され，SLの初発基質がカロテノ イドである可能性がより強まった（図1C）．一般的に植 物ではトランス型
β
カロテンのみが特異的に選択され，カロテノイド合成経路の初発基質として用いられること が知られている（6）．カロテノイド蓄積型大腸菌株に CCD7を発現させると，トランス型
β
カロテンが代謝さ図1■（A） ストリゴラクトンの基本 骨格，（B）〜（D） ストリゴラクトン 合成経路
これまでに提唱されていた経路 （B）
（C）, 今回新たに証明された経路 （D）.
今日の話題
278 化学と生物 Vol. 51, No. 5, 2013
れること，またその代謝産物がCCD8により分解される ことが明らかとなった（7）．以上の結果を踏まえ，図1C に示す新たなSL生合成経路が提唱された（6）．この経路 もBの経路と同様，
β
カロテンがCCDsによって代謝さ れ，ABC環が合成された後にD環が付加してSLが合成 されると予想された．しかし2012年にこれまでのSL合成経路研究を覆す大 きな進展があった（8）．AlderらはSL合成にかかわる遺 伝子の組換えタンパク質にトランス型
β
カロテンを含 む，種々の基質を与え，その反応を調べた．図1Dに示 すようにCCD7組換えタンパク質に9シスβ
カロテンを 基質として与えた場合には9シスβ
10′ カロテナールへ の代謝が確認されたが，それ以外の基質ではCCD7によ る触媒反応が見られなかった．すなわちCCD7の直接の 基質は9シスβ
カロテンのみであることが示された．こ の結果から，SL生合成経路において，トランス型β
カ ロテンを代謝し，9シスβ
カロテンへ異性化するほかの 酵素の存在が示唆された．この酵素の候補として考えら れたのがD27である．D27は2009年にイネの分枝過剰 変異体 の原因遺伝子として同定された遺伝子で，葉 緑体に局在し，植物固有のタンパク質をコードする（9）． また ではSL合成量が低下しており，SL処理によっ て表現型は野生型と同程度に回復した．以上の結果から D27はSL合成に関与することが示唆されていたが，生 合成経路のどの位置で機能するかは不明であった．そこ で，AlderらがD27組換えタンパク質とトランス型β
カ ロテンとを酵素反応させたところ，トランス型β
カロ テンが可逆的に9シスβ
カロテンとなることが示され た．すなわち，D27はトランス型β
カロテンの異性化 酵素であることが明らかとなった．また，CCD7による 代謝産物9シスβ
10′ カロテナールとCCD8組換えタン パク質を用いて酵素反応を行ったところ，未知の化合物 が得られた．この化合物について質量分析やNMR解析 を行ったところ，ラクトン環を有し，SLに類似の構造 をもつことが明らかとなった（図1D）．初発基質がβ
カロテンであり，ラクトン環構造を保持することから，この物質はカロラクトンと名づけられた．イネのSL生 合成変異体である , （ ）, （ ） と，SL情報伝達変異体である にカロラクトンを投与 すると， , , では表現型の回復が見られ，
では回復しなかった．またストライガの種子にカロラク トンを処理したところ，GR24に比べて10分の1程度の
効率ではあるものの濃度依存的な発芽誘導効果の上昇が 観察された．このようにカロラクトンはSLと同様の生 理作用をもつことが示された．しかし植物体からは検出 されていないことから，カロラクトンそのものが分枝の 抑制や，根寄生植物の種子発芽誘導にかかわっているの か，あるいはSLの一前駆体であるのかについての詳細 は定かではない．現在カロラクトンからSLに至る経路 は明らかにされていないが，少ないステップで完了する と予測されている．また，シロイヌナズナ分枝過剰変異 体の一つである はシトクロムP450をコードして おりSL生合成にかかわるとされているが，SL生合成経 路における位置づけは明らかでない（図1C）．今回の発 見がその位置づけと役割の解明の糸口となることが期待 される．SLの基本骨格（図1A）を保持していないカロ ラクトンにSL様効果が認められたことから，簡易構造 のSL類縁体でも十分に効果を発揮する可能性は高いと 推測される．天然のSLは植物からの分泌量も微量で分 解されやすいため，SL生合成経路の全貌を明らかとす ることによって，人工的に機能的なSLを少ないステッ プで合成することが求められている．すでに合成が簡便 でSLとしての効果の高いSLアゴニストの創製も進めら れており（10），今後，より安価で安定性の高いSL（また はそのアゴニスト）による根寄生植物の防除など多分野 への利用が期待される．
1） V. Gomez-Roldan, S. Fermas, P. B. Brewer, V. Puech- Pagès, E. A. Dun, J. P. Pillot, F. Letisse, R. Matusova, S.
Danoun, J. C. Portais : , 455, 189 （2008）.
2） M. Umehara, A. Hanada, S. Yoshida, K. Akiyama, T.
Arite, N. Takeda-Kamiya, H. Magome, Y. Kamiya, K. Shi- rasu, K. Yoneyama, J. Kyozuka & S. Yamaguchi : , 455, 195 （2008）.
3） C. E. Cook, L. P. Whichard, B. Turner, M. E. Wall & G. H.
Egley : , 154, 1189 （1966）.
4） K. Akiyama, K. I. Matsuzaki & H. Hayashi : , 435, 824 （2005）.
5） R. Matusova, K. Rani, F. W. Verstappen, M. C. Franssen, M. H. Beale & H. J. Bouwmeester : , 139, 920 （2005）.
6） Y. Seto, H. Kameoka, S. Yamaguchi & J. Kyozuka : , 53, 1843 （2012）.
7） S. H. Schwartz, X. Qin & M. C. Loewen : , 279, 46940 （2004）.
8） A. Alder, M. Jamil, M. Marzorati, M. Bruno, M. Verma- then, P. Bigler, S. Ghisla, H. Bouwmeester, P. Beyer & S.
Al-Babili : , 335, 1348 （2012）.
9） H. Lin, R. Wang, Q. Qian, M. Yan, X. Meng, Z. Fu, C.
Yan, B. Jiang, Z. Su, J. Li & Y. Wang : , 21, 1512
（2009）.
今日の話題
279
化学と生物 Vol. 51, No. 5, 2013
10） K. Fukui, S. Ito, K. Ueno, S. Yamaguchi, J. Kyozuka & T.
Asami : , 21, 4905 （2011）.
（上原奏子，芦苅基行，名古屋大学生物機能開発利用 研究センター）
プロフィル
上原 奏子（Kanako UEHARA）
＜略歴＞2011年名古屋大学農学部応用生 命科学科卒業／同年名古屋大学農学部研究 生／2012年名古屋大学生命農学研究科博 士課程前期課程入学＜研究テーマと抱負＞
野生イネの研究を通して世界の食糧問題 を解決する＜興味をもっていること＞AM
（腋芽） とSAMの制御機構の違いについて 芦苅 基行（Motoyuki ASHIKARI）
＜略歴＞1999年九州大学大学院農学研究 科博士後期課程修了（農博）／2007年名古 屋大学生物機能開発利用研究センター，現 在に至る
