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2008年12月11日
植物種子の発芽エネルギー生成に必須な新規輸送体を発見

基礎生物学研究所 高次細胞機構研究部門の新井祐子研究員、林誠准教授、西村幹夫教授は、種子の発芽エネルギー生成に必須となるタンパク質PNC(ピーエヌシー)を新たに発見しました。植物の種子には脂肪やデンプンといった貯蔵物質が蓄えられており、植物は発芽に必要なエネルギーをこれらの貯蔵物質を分解することによって得ています。脂肪を燃やしてエネルギーを得る過程は主にペルオキシソームと呼ばれる細胞内の構造の中で行われます。この過程に必要な物質が、どのようにしてペルオキシソーム内部に集まるのか、その全容は解明されていません。今回、研究グループは脂肪代謝に必要な物質の一つであるアデノシン三リン酸(ATP) をペルオキシソーム内に輸送するタンパク質PNCを発見しました。このPNCタンパク質を少量しか持たないように改変した変異体植物では、貯蔵脂肪の分解がうまく進まず、健全に発芽することができなくなりました( 図1)。この研究により、発芽における脂肪の代謝メカニズムの一端が明らかになったと共に、発芽における脂肪の重要性が示されました。今後、この輸送体の研究を進めることで、種子発芽の仕組みを解明するとともに発芽を調節する手法の開発につながることが期待されます。今回の研究成果は、学術雑誌「The Plant Cell」12月号オンライン版に12月10日に掲載されました。また同誌の巻頭に注目論文としてとりあげられました。

 

081205-fig1.jpeg図1: 正常なシロイヌナズナと新規輸送体変異株の発芽後10 日目の様子


正常なシロイヌナズ( 左) では本葉が出ているが、新規輸送体(PNC) の発現量が低下した変異株( 右) では発芽の時期が抑えてられるとともにその後の成長も著しく遅れる。

[研究の背景]

植物は種子中にデンプンや脂肪などを貯蔵し、これを分解して発芽のためのエネルギーを得ています。貯蔵脂肪を分解するためには様々な酵素が必要であり、それらは機能ごとに膜で覆われた構造物(細胞内小器官)の中にまとめられています。ペルオキシソームは真核細胞に普遍的に存在する細胞内小器官のひとつで一重の膜で覆われています。種子中の貯蔵脂肪はまず脂肪酸に分解された後、ペルオキシソームに運ばれ、脂肪酸β-酸化回路およびグリオキシル 酸経路で代謝されます(図2)。代謝によって生じた物質はさらにミトコンドリアに輸送され、最終的にはショ糖となりエネルギーとして使われることがわかっています。しかし、膜に包まれたペルオキシソーム内に、どのようして代謝に必要な物質が集まるのかについては、全く明らかになっていませんでした。

 

 

081205-fig2_s.jpeg図2: 発芽時の脂肪酸の代謝


貯蔵脂肪から分解された脂肪酸は、膜で囲まれた細胞内小器官であるペルオキシソームに存在するβ - 酸化回路で代謝され、発芽のためのエネルギーとなる。β - 酸化回路を働かせるためにはペルオキシソーム膜外から運ばれるアデノシン三リン酸(ATP)が必要である。

[研究の内容]

研究グループは、ダイズのもやしからペルオキシソームだけを集めて膜タンパク質を濃縮し、存在するタンパク質を網羅的に調べました。その結果、ペルオキシソーム膜上に存在する、新規タンパク質PNC (Peroxisomal Adenine Nucleotide Carrier) を発見しました。研究グループは PNC が発芽する際に多量に存在し、光合成が始まると減少することを明らかにしました。更に、このPNCが、脂肪酸β-酸化回路で必要となるアデノシン三リン酸(ATP) をペルオキシソーム内に輸送するタンパク質であることを解明しました。また、このタンパク質を減少させたシロイヌナズナ変異株では貯蔵脂肪の分解がうまく進まず、正常に発芽することができなくなりました。このことから、種子の発芽にはPNCを含めた脂肪酸β-酸化回路が必須であることが明らかとなりました。

[今後の展望]

今回の研究により脂質代謝に必要なATPの輸送体が発見されました。しかし、まだまだ未知の輸送体がペルオキシソーム膜上にあると考えられます。今後は更にペルオキシソーム膜タン パク質の解析を進めることで、脂質代謝に関わる輸送の全容解明を目指します。

[発表雑誌]

The Plant Cell(米国植物生物学会発行の学術雑誌 プラントセル)
2008年12月号 オンライン版先行掲載12月10日

論文タイトル:
" Proteomic Identification and Characterization of a Novel Peroxisomal Adenine Nucleotide Transporter Supplying ATP for Fatty Acid β -Oxidation in soybean and Arabidopsis "
「脂肪酸β-酸化回路にATPを供給するダイズとシロイヌナズナの新しいアデニンヌクレオチド輸送体のプロテオーム解析による同定と解析」

著者:Yuko Arai, Makoto Hayashi, Mikio Nishimura
 (新井 祐子、林 誠、西村 幹夫)

[研究サポート]

本研究は文部科学省科学研究費補助金(特定領域研究「オルガネラ分化」)のサポートを受けて実施されました。

[本件に関するお問い合わせ先]

基礎生物学研究所 高次細胞機構研究部門
教授: 西村 幹夫 ( にしむら みきお)
Tel: 0564-55-7500(研究室)
E-mail: mikosome@nibb.ac.jp
研究員: 新井 祐子 ( あらい ゆうこ)
Tel: 0564-55-7503(研究室)
E-mail: yarai@nibb.ac.jp   
URL: http://www.nibb.ac.jp/celmech/jp/

[報道担当]

基礎生物学研究所 連携・広報企画運営戦略室
倉田 智子
Tel: 0564-55-7628
E-mail: press@nibb.ac.jp