双子葉植物シロイヌナズナに存在する3種のジベレリン受容体のうち、2種が機能的に異常となった場合、その組み合わせに依って異なる形質が現れます。これは、シグナル伝達様式の複雑さを予想させる結果です。本研究により、「正常に機能する受容体の量的な欠如」と、「受容体の直下に位置するシグナル伝達因子への親和性の低さ、言い換えれば、相性の悪さ」が関係していることが明らかとなりました。

ジベレリンは、種子の発芽・茎部の伸長・花器官の発達など種々の局面で植物の成長を制御している植物ホルモンです[注1・図A]。研究用植物として広く用いられるシロイヌナズナには、このジベレリンに対する受容体が全部で3種（GID1a, b, c）存在します[注2]。ジベレリンと複合体を形成した受容体はその時点から新たに「シグナルの伝達を常時抑制している制御因子DELLA」への親和性を生じ、その結果、ジベレリン-受容体-DELLA因子の3分子で構成する高次複合体を形成します。この高次複合体の形成により、DELLA因子の機能が弱まり、伝達抑制状態からの解除がジベレリンに端を発するシグナルの伝達開始に繋がっていると解釈されています[図B]。受容体間では機能的に重複が多く、いずれか1種に異常が生じても植物に異常な形質は現れませんが、3種のうちから2種同時に異常を来した場合（二重変異体2KO）には、特定の組み合わせでしかも限られた器官のみに異常形質が現れます。そこで、こうした機能的分担制御の仕組みを解明するため、受容体遺伝子にGUS酵素遺伝子を融合させ、受容体遺伝子のプロモーターでその発現を制御させる形質転換体を作出して、GUS遺伝子の発現状況およびGUS酵素活性の分布状況を調べました。

GID1aとGID1cが異常となった二重変異体（gid1a gid1c-2KO）では草丈のみ異常が現れ、花茎の伸長不良が生じます。そこで、この植物体で唯一正常に機能するGID1bに注目しました。GID1b-GUS遺伝子を発現する形質転換体の花茎では、遺伝子の発現は有意に認められたのに対してGUS酵素の活性は全く認められなかったことから、GID1bが安定して存在しないことが花茎で形質の現れた要因と判明しました。

別の二重変異体gid1a gid1b-2KO（GID1aとGID1bが異常となったもの）では花茎は正常ですが雄しべの発達不全を生じ、花粉が雌しべ柱頭まで届かないために深刻な不稔を招きます[図C]。この植物体で唯一正常に機能するGID1cに注目して、GID1c-GUS遺伝子を発現する形質転換体の雄しべにおけるGUS酵素活性を調べたところ、先のケースと異なり十分に活性が認められました。つまり、雄しべではGID1cが量的に欠乏するとは考えにくい結果が得られました。そこで、競合的酵母three-hybridと呼ばれるシステム[図D]を構築して、全部で5種存在するDELLA因子と受容体間の結合に関する親和性の強弱を調べました。その結果、雄しべにおける主要DELLA因子に対してGID1cが高い親和性を示す組み合わせが存在せず、比較的解離しやすい高次複合体の形成は主要DELLA因子の機能的回復につながるため、言い換えれば、シグナル伝達抑制状態が継続されることにより異常形質が生じたと考えられます[図E]。

ジベレリンはブドウやイチゴなど農産物の生長調節のために広く生産現場で利用されています。本研究は、受容体・DELLA因子がそれぞれ複数存在するような複雑な制御系であっても、各因子量と両因子間の親和性（「量」と「質」）の把握により制御機構の解釈が可能であることを示しており、その情報は特定部位に限定したシグナル制御技術の開発に道筋をつけるものです。

　 上口(田中)美弥子 （名大生物機能開発利用研究センター・准教授）
　　　井内 聖 （理化学研究所バイオリソースセンター・専任研究員）
　　　加藤 悦子 （(独)農業生物資源研究所・主任研究員）
　　　小林 正智 （理化学研究所バイオリソースセンター・主任研究員）
　　　山口五十麿 （前橋工科大学・教授）
　　　松岡 信 （名大生物機能開発利用研究センター・教授）