【研究成果】生命科学研究科 植物”枝分かれ”ホルモン 生合成経路を一部解明・新物質も

　本学生命科学研究科の瀬戸義哉助教と山口信次郎教授らが参加している、東北大学・宇都宮大学・大阪府立大学・静岡大学の共同研究グループが、植物の枝分かれを調節するホルモンであるストリゴラクトンが植物体内で合成される生合成経路の一部を明らかにした。さらに、ストリゴラクトンのように働く新たな物質を発見した。植物の枝分かれを調節できるようになれば、農作物などの増収を目指した応用発展が期待されるという。

　植物ホルモンは、植物体が自身の成長を調節するために生産する化学物質の総称。このうちストリゴラクトンは、植物の脇芽の成長を制御し枝分かれを抑制する物質である。また根から植物体外へも分泌されており、植物の根に共生する菌根菌がこれに反応して活性化されるほか、植物の根に寄生する根寄生雑草の種子が植物の存在を認識し発芽する際の指標にしている。ストリゴラクトンの生合成過程については、β-カロテンから中間体であるカーラクトンを経て合成されることが明らかになっていたが、その先の経路は不明だった。

　研究グループは、この生合成経路に関わる酵素のうち働きの不明だったＭＡＸ１タンパク質に注目。ＭＡＸ１タンパク質を失ったシロイヌナズナにはカーラクトンが異常蓄積することから、カーラクトンから別の物質を合成していると考え、まずこの仮説を確かめた。遺伝子組換えによって酵母にＭＡＸ１タンパク質を作らせ、カーラクトンを加えて別の物質の合成が起きるか分析したところ、カーラクトン酸という物質が生成していた。シロイヌナズナとイネの植物体内に、実際にカーラクトン酸が存在することも確かめた。この解析の際、シロイヌナズナからはカーラクトン酸メチルという物質も検出された。

　次に研究グループは、ＭＡＸ１タンパク質を失って脇芽の成長が過剰になったシロイヌナズナに、検出された二つの物質をそれぞれ投与、どちらも脇芽の成長を抑制することを確かめた。これにより、ＭＡＸ１タンパク質がこれらの物質の生成に関わることで、脇芽の成長の調整に関与していることが確かめられた。

　これらの物質が、ホルモンになる前の中間体かどうかも確かめた。シロイヌナズナのストリゴラクトン受容体と考えられているＡｔＤ14タンパク質との相互作用を調べたところ、カーラクトン酸メチルのみが相互作用した。これによりカーラクトン酸メチルが、植物体内でストリゴラクトンとは別に枝分かれ抑制ホルモンとして働いている可能性が示された。

　加えて、カーラクトン酸メチルはストリゴラクトンより、根寄生雑草の種子の発芽を誘導する性質が弱いことも明らかになった。寄生を避けるために構造の違う物質を同様のホルモンとして利用している可能性が考えられるという。菌根菌への作用は未調査であり今後の課題となる。

　今後は、カーラクトン酸からカーラクトン酸メチルを作る酵素の特定や、カーラクトン酸メチルの菌根菌への作用の調査が課題になるという。二つの植物ホルモンと植物の枝分かれ、また寄生植物や菌根菌との相互作用を解明し、ひいては農作物の収量増加につなげるため、研究を続ける。