植物におけるJmjCドメイン含有ヒストン脱メチル化酵素遺伝子ファミリーの進化の歴史と機能の多様化

この論文でコンピューター解析されているヒストン脱メチル化酵素は、ほぼすべての植物が有しているもので、この酵素の活性中心JmjCドメイン(日本語で云う十文字となずけられたもの）は、Fe(II)イオンとアルファＫＧを補酵素とするためのアミノ酸配列を有している(図3に示す）。このことは、植物が鉄欠乏という極端な環境変動を受けたときに、この酵素の活性が弱まって、ヒストンの脱メチル化が低下するので、植物の生育に様々な変化を惹起することを意味している。植物の「鉄欠乏症」に関して、このような観点から迫った研究はこれまであまりなされていないように思う。
　　

植物におけるJmjCドメイン含有ヒストン脱メチル化酵素遺伝子ファミリーの進化の歴史と機能の多様化

Evolutionary History and Functional Diversification of the JmjC Domain-Containing Histone Demethylase Gene Family in Plants
Shifeng Ma, Zhiqiang Zhang, Yingqiang Long, Wenqi Huo, Yuzhi Zhang, Xiaoqing Yang, Jie Zhang 1,Xinyang Li, Qiying Du, Wei Liu 3, Daigang Yang and Xiongfeng Ma

Plants 2022, 11, 1041.
https://doi.org/10.3390/plants11081041

要約
ジュモンジーC(JmjC)ドメインを含むヒストン脱メチル化酵素は、リジン残基のメチル化状態を変化させることで遺伝子転写とクロマチン構造を制御し、植物の成長と発達に重要な役割を果たします。この研究では、332の異なる植物種から合計21のJmjCファミリー遺伝子が同定されました。進化解析の結果、JmjC遺伝子は各種で検出されており、藻類には既に遺伝子が出現していることが分かりました。系統解析の結果、KDM3/JHDM2サブファミリー遺伝子は、植物が水から陸に遷移する際に出現した可能性があるが、ライコ植物(Selaginella moellendorffii)では失われていることがわかりました。進化の過程で、いくつかの亜科遺伝子が個々の種で失われた可能性があります。保存されたドメインの解析によると、すべての植物JmjC遺伝子は、植物の進化の過程で高度に保存された典型的なJmjCドメインを含んでいました。シス作用因子の解析により、JmjC遺伝子のプロモーター領域には、植物ホルモンや生物的・非生物的ストレス関連要素が豊富に存在することが分かりました。トランスクリプトームデータ解析とタンパク質相互作用解析により、JmjC遺伝子が植物の成長と発達に重要な役割を果たしていることが示されました。その結果、植物におけるJmjCファミリー遺伝子の進化史が明らかになり、JmjCファミリー遺伝子の生物学的機能解析の基礎が築かれました。


図3. 植物におけるJmjCタンパク質の保存アミノ酸残基。
図中の各文字の高さはアミノ酸残基の保存の程度を示す。
横軸の数字はモチーフ中のアミノ酸の相対的な位置を示す。
Fe（II）の3つの保存された触媒残基（His 188、Glu/Asp 190、His 276）は赤い三角形で示されている。
アルファKGの2つの保存された触媒残基（Ther/Phe 185とLys 206）は黒い三角形で示されている。

図3