クマリンの底知れぬ世界

以下に紹介する要旨もISINIPの講演要旨からである。

Strategy-Iの植物がクマリン類を分泌して鉄のキレーターとして、根圏での鉄の可溶化に貢献している、ということを遺伝子レベルでしつこく追跡し続けている。著者のWolfgang Schmidtはドイツから台湾に渡って、主導する鉄栄養研究者である。
　
個人的には、小生が三井研究室で助手になりたてのころ、大塩陸裕君(後に住友化学の研究所長）が修士論文で休眠物質クマリンの研究をしていて、修士論文を完成させたと記憶している。水稲種子の水浸漬中に、クマリンが種皮から溶出して、休眠打破が行われ種子発芽が行われる、というのが、当時の主流の理論であった。
　
根圏の鉄栄養との関係でクマリン類の役割が見直されていることには隔世の感がある。
　　
　
クマリンの底知れぬ世界
　　
ウォルフガング・シュミット、イサベル・クリスティーナ・ベレス=ベルムデス
中央研究院植物微生物生物学研究所、台北、台湾

要旨

石灰質土壌では、水酸化鉄の溶解度が低く、根の鉄キレート活性が低いため、鉄（Fe）の獲得が著しく制限される。この制限を克服するために、シロイヌナズナを含むいくつかの植物種は、スコポレチン生合成経路に由来する鉄固定化クマリンを根圏に分泌し、難溶性プールから鉄を動員している。スコポレチンは、ジオキシゲナーゼ SCOPOLETIN 8-HYDROXYLASE (S8H) によってフラキセチンに変換される。フラキセチンは、鉄と親和性の高い2つの水酸基を持つカテコールクマリンで、pHが中性からアルカリ性で鉄を効率的に動員することができる。CYP82C4は、pHが高くなると強く発現が抑制されるが、鉄欠乏では弱酸性で強く発現が誘導されることが特徴である。高 pH での CYP82C4 の発現抑制は、S8H に対するアルカリ性の促進効果とは対照的であり、pH 依存的にフラキセチンまたはサイドレチンの分泌が優先されることを示しており、このパターンは生態学的に有利なようである。S8HとCYP82C4の発現はbHLHタンパク質であるFITによって制御されており、環境pHがFIT制御系の特定の転写産物の存在量を微調整することができることが示唆された。環境pHが転写レベルで遺伝子活性に影響を与えるということは、シス制御DNA配列に作用するトランス作用因子が、環境情報を核に伝達し、既定の転写レジメンを覆すことを示唆している。クロマチン免疫沈降実験から、FIT転写因子はpH依存的にS8Hの発現を調節していることが示唆された。一過性に形質転換したプロトプラストにおけるルシフェラーゼレポーターアッセイから、WRKY70とWRKY30がFITおよびbHLH39依存的にS8H発現のネガティブレギュレーターとして働くことがわかり、WRKYがpH-シグナルカスケードの一部であることが示唆された。
シロイヌナズナゲノム中の新規翻訳配列の発見を目的としたプロテオゲノミクスアプローチにおいて、低 pH でクマリン分泌を停止させ、FRO2/IRT1 による鉄取り込みをサポートする pH 依存型スイッチを制御する新規ペプチドが同定され た。このアプローチにより、74の翻訳され鉄に応答する領域が得られたが、その多くはこれまで文書化されていない遺伝子間に位置していた。鉄欠乏植物の根に多く存在し、発現量は少ないが 109 AA の小さなタンパク質である novel_335 の変異体は、非蛍光性および蛍光性クマリンの分泌を強く上昇させる。novell_335 の過剰発現はクマリン生産を減少させ、酸性 pH における鉄欠乏への耐性が改善することがわかった。また、novel_335 は pH が上昇すると分解され、クマリンを介した鉄の移動が可能になる。この結果は、植物が環境 pH を感知して応答し、鉄欠乏に関与するシグナル伝達カスケードを誘導することを示唆 している。