化学と生物 Vol. 50, No. 6, 2012
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今日の話題
植物のオーキシン生合成主経路の解明
TAA および YUCCA ファミリーによるインドール -3- 酢酸の生合成
オーキシンはダーウィン親子が1880年に発表した植 物の屈光性に関する研究をもとに発見された植物ホルモ ンであり，植物の形態形成や環境応答の制御において中 心的な役割を果たしている．植物の主要なオーキシンで あるインドール-3-酢酸 （IAA） の生合成経路の解明は，
植物の基本的な形態形成や環境応答のしくみを理解する ために不可欠であり，これまで60年以上にわたり植物 科学における重要課題のひとつであった．最近，ついに IAAの生合成主経路がモデル植物であるシロイヌナズ ナにおいて明らかになったので紹介する．
植物はトリプトファン （Trp） から複数の経路でIAA を合成することがこれまでに示されている．Trpを経由 しないIAA生合成経路も1990年代に提唱されたが，こ れが植物に存在するという遺伝子レベルでの確実な証拠 はまだない．シロイヌナズナにはインドール-3-アセト アルドキシム （IAOx） 経路，インドール-3-アセトアミ
ド （IAM） 経路，YUCCA （YUC） 経路，インドール-3- ピルビン酸 （IPA） 経路の4つが存在する可能性がある
（図1-A）．このうちIAOx経路はアブラナ科植物固有の 二次代謝経路から分岐する特殊な経路であることが最近 明らかにされた（1）．2つ目のIAM経路は様々な植物に存 在する可能性が示唆されているが，その役割については 不明である．
3つ目のYUC経路は植物に共通したIAA生合成経路 と考えられている． 遺伝子は様々な植物に存在し，
その欠損変異体は胚発生を含む様々な形態形成に異常を 示すことから，IAA生合成において重要な役割をもつ．
シロイヌナズナには11個の 遺伝子が存在し，その 多くが時空間的に制御された遺伝子発現を示す．これら を植物で過剰発現させると，IAA量が増加してオーキ シン過剰生産の表現型を示すことから，YUCはIAA生 合成の律速酵素と考えられている． 遺伝子はトリ
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図1■植物の推定IAA生合成経路図 イタリック文字はこれまでにシロイ ヌナズナから単離されたIAA生合成 遺伝子．点線の中はシロイヌナズナ で発見されたアブラナ科固有のIAOx 経路．IAN : インドール-3-アセトニ トリル， : アミダーゼ1，
: IAOx合 成 酵 素， : ア ル デヒドオキシダーゼ1
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プタミン （TAM） を酸化して -ヒドロキシトリプタミ ン （HTAM） を生成するフラビンモノオキシゲナーゼ様 タンパク質をコードすると報告されている．
4つ目のIPA経路も植物に広く存在するIAA生合成経 路と考えられている．2008年，植物が遠赤色光の割合 の高い光を受けたときに胚軸や茎を伸長させる反応（避 陰反応）を示さない （ ） 変異体 と，エチレン処理に対して弱い非感受性を示す
（ ） 変異体がシロイヌナズナ で単離された．これらの変異体の原因遺伝子はともに TrpからIPAを合成するシロイヌナズナのトリプトファ ンアミノ基転移酵素 （TAA1） をコードしている．シロ イヌナズナの 相同遺伝子である と をそれぞれ単独で欠損した変異体は表現型を示さない
が， 二重変異体や 三重変異体は
胚発生を含む様々な形態形成に異常を示す．これにより IAA生合成における ファミリーの重要性が示され ている．
このように， および ファミリーはともに植 物の形態形成において重要な役割を担っているが，異な るIAA生合成経路に存在すると考えられていた（図 1-A）．しかし，2011年にPhillipsらは，トウモロコシの ホモログを欠損した （ ） 変異 体と， ホモログを欠損した
（ ） 変異体を用いて， 二重変異体と 変異 体が類似したオーキシン欠乏性の表現型を示すことを報 告 し た（2）．ま た， 二 重 変 異 体 と 変 異 体 の IAA量はほとんど同じであった．これらの結果，VT2 とSPI1は同一経路に含まれる可能性が高いことが示唆 された．
同じころ，MashiguchiらはTAA1とYUCが同一経路 に存在する可能性を検証するため， と の共 発現体をシロイヌナズナで作製し，その表現型とIAA 生合成量を解析した（3）．すると は単独で過剰発 現させても明確な表現型を示さないが， と共発現 させると 過剰発現体のオーキシン過剰な表現型を 顕著に促進した．また， と の共発現体では IAA生合成量も著しく増加した．これらはTAA1と YUCが同一経路に存在する可能性が高いことを示唆し ている．さらに，LC-ESI-MS/MSによりIPA量を分析 すると， 過剰発現体でIPA量が顕著に増加し，
と の二重欠損変異体でIPA量が減少していた．
一方， 多重変異体では野生型よりもIPA量が増加 し， 過剰発現体でIPA量が減少していた．これに より，TAAがTrpからIPAを合成し，YUCがIPAから IAAを生成している可能性が高くなった．最終的には，
大腸菌で調製したYUCタンパク質を用いた酵素活性試 験により，これまで提唱されていたYUCの酵素活性は 誤りで，YUCはIPAからIAAを生成する酵素であるこ とが証明された．また，これまでの予想と異なり，イン ドール-3-アセトアルデヒド （IAAld） がIPA経路に含ま れないこともLC-ESI-MS/MSを用いた分析から示唆さ れた．これらの結果，IPA経路がシロイヌナズナの IAA生合成における主経路であり，YUCはその律速酵 素であることが明らかにされた（図1-B）（3）．
多重変異体と 多重変異体はともに胚発生や維 管束形成の異常などを示す．一方， 変異体が示す避 陰反応異常や，エチレンおよびオーキシン輸送阻害剤
（NPA） に対する根の応答異常は，これまでに報告され た 多重変異体では見られなかった．最近，Wonらは これまでに報告されていた組み合わせとは異なる 五 重変異体をシロイヌナズナで作製し，これが 二重変 異体と同じくエチレンやNPAに対する根の応答異常を 示すことを明らかにした（4）．さらに， 二重変 異体は不稔であるため，弱い アレル （ ） と の二重変異体を用いて，これが避陰反応を示さ ないことも報告した．また， 多重変異体において 遺伝子を高発現させると， の活性依存的に 表現型が回復した．これらとIPA分析の結果などから，
WonらはシロイヌナズナにおいてYUCはTAAの下流 に存在し，IPAからIAAの生成に寄与すると結論した．
さらに最近，Stepanovaらは および ファミ リーの両方を欠損した様々な多重変異体をシロイヌナズ ナで作製し，これらの表現型がそれぞれ ファミ リーのみ欠損した多重変異体と変わらないことを示し た（5）．これはPhillipsらがトウモロコシで報告した結果 とよく一致している（2）．
これら2011年に発表された複数の研究によって，こ れまで60年以上謎であった植物のIAAの生合成主経路 が明らかにされた．「オーキシンの生合成経路は複雑で ある」という古くからの予想に反し，実際はTrpから わずか2段階のシンプルな経路でIAAは合成されてい た．今 後 はTAAお よ びYUC酵 素 阻 害 剤 の 開 発 や，
および ファミリーの遺伝子発現制御に関する
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研究などが急速に進むと考えられる．また，IAA生合 成の全容解明に向けて，IAMやIAAldを含む経路の詳 細な研究も展開されるであろう．
1） S. Sugawara : , 106, 5430
（2009）.
2） K. A. Phillips : , 23, 550 （2011）.
3） K. Mashiguchi : , 108,
18512 （2011）.
4） C. Won : , 108, 18518
（2011）.
5） A. N. Stepanova : , 23, 3961 （2011）.
（笠原博幸，増口 潔，神谷勇治，理化学研究所植物 科学研究センター）
海産軟体動物から得られる多様なラミナリナーゼ
動物種の生活環境と関連した酵素特性の違い
ラミナリンは，コンブなどの褐藻の貯蔵多糖として知 られる
β
-1,3-グルカン（以下，β
-グルカン）の一種で，β
-1,3結合により重合したグルコースの主鎖のところど ころにβ
-1,6結合によりグルコース側鎖が結合した構造 をもつ．レンチナンなどの担子菌由来のβ
-グルカンに は，マクロファージの活性化作用やアレルギーの低減作 用，免疫賦活作用などの生理活性があることが知られて いるが（1），ラミナリンにも免疫賦活作用や糖尿病改善作 用がある（2）．また，ラミナリンを酵素分解して得たラミ ナリオリゴ糖には，ヒト単球のTNF-α
分泌促進作用が あるとされる（3）．このようなβ
-グルカンの生理作用が，どのような
β
-グルカンの糖鎖構造に基づくのかは未だよ くわかっていないが，これを明らかにするにはβ
-グルカ ンに特異的な分解酵素により各種断片を作製し，それら を用いて構造・機能連関を解析することが有効と思われ る．β
-グルカンを特異的に分解する酵素として，β
-グルカ ナーゼ（EC 3.2.1.6, EC 3.2.1.39, およびEC 3.2.1.73）が知 られている．この酵素はこれまでに細菌，真菌，酵母，植物，および無脊椎動物などに分布することが明らかに されているが，最近筆者らは，海産軟体動物のアワビ，
アメフラシおよびホタテガイから，
β
-グルカナーゼの一 つであるラミナリナーゼ （EC 3.2.1.6） を単離し，それら の基本性状を解析した（4〜6）．これら軟体動物のラミナリ ナーゼの作用特性は多様で，様々なβ
-グルカン断片の作 製に有用と思われた．ここでは，これら海産軟体動物の ラミナリナーゼの基本性状について紹介したい．アワビ の消化液からは，分子
量33,000のラミナリナーゼHdLam33が得られた（4）．本 酵素は，ラミナリンやラミナリオリゴ糖を分解して主に ラミナリビオースとグルコースを生じ，リケナンのよう
な
β
-1,3およびβ
-1,4結合により重合したグルカンを分解 して主に4- -グルコシルラミナリビオースを生じた．ま た，ラミナリンからはその分枝部分由来の四糖である 6- -グルコシルラミナリトリオースを生じた．これらの 結 果 は，HdLam33がβ
-1,3（4）-グ ル カ ン の 内 部 領 域 のβ
-1,3結合を切断する，エンド-1,3（4）-β
-グルカナーゼ（EC 3.2.1.6） であることを示している．一方，アメフラ シ からは分子量約36,000と約33,000の2 種類のラミナリナーゼ，AkLam36およびAkLam33が 得られた（5）．AkLam36はアワビのHdLam33と類似の エンド型の酵素であったが，AkLam33はエキソ型の
β
- グルカナーゼであった．すなわち，本酵素はラミナリオ リゴ糖の還元末端からグルコースを1残基ずつ遊離し，同時にグルコース1残基分小さくなったラミナリオリゴ 糖を生じた（図1-A）．また，ラミナリンに作用させる とオリゴ糖を生じずに直接グルコースを遊離した．一 方，本酵素はラミナリビオースを分解しなかったことか ら，
β
-グルコシダーゼではないことが確認された．これ らの特性に基づき，筆者らはAkLam33がβ
-グルコシ ダーゼではなくエキソ型のβ
-グルカナーゼであると結論 した．この酵素は，これまでに軟体動物で報告のない新 奇のエキソ型β
-グルカナーゼである．これらアワビやアメフラシのラミナリナーゼは，いず れも糖転移活性を示すリテイニング酵素であった．この 活性を利用すると，本来分解されなかったラミナリビ オースが，ラミナリトリオースとの糖転移反応を経て分 解されるという興味深い結果が得られた（図1-B）．こ れは，軟体動物が摂餌した褐藻のラミナリンをより効率 的にグルコースに分解するのに都合が良い性質と思われ る．
一方，二枚貝のホタテガイ の
