根におけるグルタミン合成酵素の生理的役割と代謝調節

抄録

高等植物の根では、細胞質型グルタミン合成酵素(GS1)が、NH₄⁺の初期同化を担っている。本研究では、シロイヌナズナ及びイネの根で発現する全てのGS1遺伝子の酵素特性、細胞局在性、窒素応答性を明らかにすることにより、個々のGS1分子種の生理機能、及びその調節機構の解明に成功した。シロイヌナズナの根において発現するGS1タンパク質は、NH₄⁺に対する親和性の違いにより、低及び高親和型GS1に分類された。窒素欠乏条件では、高親和型GS1であるAtGLN1;1が表皮で誘導された。しかし、窒素十分条件では、低親和型AtGLN1;2が、表皮において発現量を増加させた。AtGLN1;2遺伝子が欠失した変異体の根では、GS活性の低下に伴いOルタミンの蓄積量が減少していた。一方、イネの根で発現するGS1分子種は、全て高親和型GS1であり、窒素欠乏時には、最大活性が高いOsGLN1;1が表皮や皮層において発現した。しかし、NH₄⁺の供給により、相対的に活性が低いOsGLN1;2の発現が表皮及び維管束において誘導された。以上の結果は、窒素栄養環境に適応したGS1の活性及び遺伝子発現レベルでの制御がNH₄⁺同化の恒常性維持に重要であることを示している。