（重要論文！）　葉緑体タンパク質への鉄の分配はDNA結合タンパク質WHIRLY1に依存する

　この論文は、光照射が激しい場合でも大麦の葉がクロロシスを呈しないのは、WHIRLY1遺伝子が葉緑体内での鉄の動態をDNAレベルで制御しているからであるという示唆を得ている。

　参考までにalfafold を用いてWHIRLY1遺伝子の立体モデルを示しておいた。これにはDNA結合部位が示されている。（森敏による付記：AlfafoldによるWHIRLY1の構造概要　参照）

　小生の毎年の観察では、鉢植えのベゴニアの葉が猛暑で若い先端葉から激しい白色のクロロシスを呈する現象を、どう解釈すべきかずっと悩んでいた。このクロロシス現象は秋に低温が訪れると完全に回復するのである。このベゴニアのWHIRLY1遺伝子は高温感受性が強いために発現が抑制されるのかもしれない。

　近年温暖化のために、高温耐性イネが要求されている。そういう品種が各県の試験場の努力でオーソドックスな育種で開発されている。もしかしたら、この高温耐性に関与する遺伝子群の中には、WHIRLY1遺伝子が含まれているのではないだろうか。（森敏　記）





葉緑体タンパク質への鉄の分配はDNA結合タンパク質WHIRLY1に依存する

Iron allocation to chloroplast proteins depends on the DNA binding protein WHIRLY1

Karin Krupinska - Susann Frank - Luca Boschian - Monireh Saeid Nia - Susanne Braun - Anke Schäfer-Ulrike Voigt - Ewa Niewiadomska - Bettina Hause - Götz Hensel - Wolfgang Bilger

Institute of Botany, Christian-Albrechts-University (CAU), Kiel, Germany Heinrich Heine University Düsseldorf, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Centre for Plant Genome Engineering, and Cluster of Excellence in Plant Sciences, Heinrich Heine University Düsseldorf, Düsseldorf, Germany The Franciszek Górski Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Niezapominajek, 30-239 Krakow, Poland Department of Cell and Metabolic Biology, Leibniz Institute of Plant Biochemistry, Weinberg 3, 06120 Halle, Germany

Planta (2025) 262:32
https://doi.org/10.1007/s00425-025-04736-8

要旨

主な結論 DNA結合タンパク質WHIRLY1は、フェリチンと構造的に類似しており、葉緑体内の鉄補因子タンパク質の形成に役割を果たしている。

要旨 これまでの研究から、HvWHIRLY1をノックダウンしたオオムギ植物は、葉緑体の発達と光合成が損なわれ、高照度で生育させると葉が黄白化することが示された。その結果、葉は鉄欠乏の徴候を示した。しかし、金属量を測定したところ、HIRLY1欠損植物の葉は通常の鉄含有量であった。それにもかかわらず、WHIRLY1欠損は光化学系Iよりも光化学系IIの機能にあまり影響を与えなかった。免疫学的解析の結果、両方の光化学系の成分が減少していることが明らかになった。さらに、異なるクラスの鉄補因子を含む他の葉緑体タンパク質のレベルは、WHIRLY1欠損植物では野生型に比べて低かった。対照的に、鉄抱合タンパク質であるフェリチンのレベルはWHIRLY1欠損株で増加し、高照度下ではこの効果が強まった。RNA解析の結果、フェリチンの発現上昇は対応する遺伝子の発現上昇と一致しており、葉緑体の遊離鉄過剰を反映していることが明らかになった。それゆえ、WHIRLY1欠損植物におけるフェリチンの高い存在量は、WHIRLY1の存在量減少の代償である可能性がある。光合成タンパク質および鉄補因子タンパク質をコードする遺伝子の発現レベルの増加は、タンパク質形成またはタンパク質複合体のアセンブリーに対する要求を示している。この結果は、WHIRLY1が葉緑体タンパク質の集合および／または安定化において一般的な役割を担っていることを支持し、さらに、葉緑体における鉄の隔離と供給における特異的な機能を示唆している。

　　
図３ 光合成系の効率。
a PS IIの最大量子収量、FV/FM。標準条件下で生育させた野生型（WT）、W1-1およびW1-7系統の一次葉を用いて測定した。描かれている値は、3-4葉からなる3つの独立した実験から得られたn=9-11葉の平均値±標準偏差である。
　　
図7 ノックダウン系統W1-1およびW1-7の葉の金属含有量。銅、鉄、マンガン鉄、亜鉛の含有量は、100 µmol m-2 s-1 (LL)または350 -181;mol m-2 s.-1 (HL)の連続光の下で生育させた植物から採取した乾燥一次葉の質量ICP-質量分析計によって測定した。

　　
図 9
鉄ホメオスタシスに関与するタンパク質をコードする遺伝子の発現。低照度（LL: 100 µmol m-2 s-1）または高照度（HL: 350-181;mol m-2 s.-1）の連続光で生育させた野生型（WT）、W1-1およびW1-7苗の一次葉からRNAを抽出した。
FER1フェリチン、FRO7鉄キレート還元酵素、IRO2鉄制御bHLH転写因子、PIC1 PERMEASE IN CHLOROPLASTS 1

　　　
森敏による付記：AlfafoldによるWHIRLY1の構造概要
ドメイン構成：モデルは約300-400残基の全長構造で、N末端のグロブラーリードミン（RNA/DNA結合ドメイン）とC末端の小さなα/β構造ドメインから成ります。
二次構造要素：βシートとαヘリックスが交互に並び、DNA結合ドメインは突起状のループ構造を介してDNAに接触できる設計です（図の中心でβシートが隙間を形成）。
pLDDT（局所信頼度）：N末端のDNA結合ドメインはpLDDTが80-90以上で高信頼、C末端も70-85と比較的予測が安定しています（カラーは濃紺青）。

図3の一部

図7プラス図9

森敏による付記：AlfafoldによるWHIRLY1の構造概要