Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

光屈性 / 光誘起生長抑制物質 / トウモロコシ / ベンゾオキサゾリノン / 光刺激 / 加水分解酵素 / ブラックマッペ / ソバ / ミロシナーゼ / 阻害剤 / ダイコン / 光親和性ラベル試薬 / MBOA / DIMBOA / 前駆体

植物の光屈性発現機構は『影側の生長促進によるものなのか、それとも光側の生長抑制によるものなのか』という論争が長年続いている。申請者は、数年来、ダイコン、ヒマワリ、キャベツ、トウモロコシなどの光屈性の研究を行い、個々の植物でそれぞれ固有の光誘起生長抑制物質が関与していることを明らかにしてきた。これまでに生長抑制物質の前駆体(配糖体)の単離に成功していることから、光刺激による加水分解酵素の活性化と光誘起生長抑制物質の遊離について詳細を明らかにすることを計画した。
平成12および13年度は、ブラックマッペおよびソバの光誘起生長抑制物質の単離を目的として研究を行った。その結果、ブラックマッペからはp-ヒドロキシ桂皮酸類を単離した。ソバからはリノレン酸、リノール酸、およびオレイン酸のヒドロペルオキシド体を単離した。
平成14および15年度は、光屈性発現機構の更なる解明を目指して、トウモロコシを研究材料に限定し光刺激による加水分解酵素の活性化および光誘起生長抑制物質の遊離と光屈性の関係を明らかにすることを目的とした。トウモロコシの生長抑制物質MBOAおよびDIMBOAの生合成欠損変異株は光屈性を示さないが、MBOAをラノリンペーストとして幼葉鞘の片側組織表面に投与した場合は、暗条件下においてもMBOAを投与した側に屈曲する。この屈曲はMBOAの生長抑制作用によると考えるのが妥当である。そこで、生長抑制作用を示さない前駆体(配糖体)を用いて同様な実験を行い、光刺激による加水分解酵素の活性化により投与した前駆体が加水分解を受け生長抑制物質の遊離が起こり、幼葉鞘は前駆体を投与した側に屈曲するかどうか調べた。また、トウモロコシには数種類の加水分解酵素が存在しそれぞれ重要な働きを担っていると考えられているが、加水分解酵素の阻害剤(カスタノスペルミン等)を投与した後に光刺激を与え幼葉鞘の光屈性の有無を調べた。まだ、研究継続中であるが、この研究が計画通りに進めば、これまでの学説を覆す結果が得られるものと確信している。

光屈性 / 光誘起生長阻害物質 / インドール酢酸 / トウモロコシ / DIMBOA / MBOA

トウモロコシより単離したauxin-inhibiting substance,6-methoxy-2-benzoxazolinone(MBOA)は、2,4-dihydroxy-7-methoxy 2H-1,4-benzoxazine-3(4H)-one(DIMBOA)より熱水中、容易に生成することが知られており、MBOAをアーチファクトではないかとする報告例もある。しかしながら、室温、中性水溶液条件下においてはDIMBOAの半減期は数時間であり、光の刺激によるトウモロコシの幼葉鞘の屈性を説明するにはこの値は満足のいくものではない。そこで、生体モデル反応として、DIMBOAおよびその類縁体の化学的変換を試みた。
DIMBOAは室温、無水酢酸中においてN-OH基が選択的にアセチル化され、それにともなう転移反応によりMBOAを短時間で生成した。これに対して、2-hydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3(4H)-one(HMBOA)は、ベンゼン中、無水酢酸-ピリジンにて、室温、12時間反応させてもアセチル化体を与えただけで、benzoxazolinone骨格への骨格変換反応は起こらなかった。
これらの実験結果により、トウモロコシの幼葉鞘の屈曲は内在するDIMBOAが光の刺激により活性化されたアシル化酵素(もしくは類似の酵素)によりアシル化(もしくは類似の反応)され、短時間でMBOAへと変換され起こったのではないかと推定される。ただし、内在するDIMBOAは室温、中性水溶液中において、少しずつMBOAに変換されることも事実であるため、光の刺激によりglucosidaseが活性化され、DIMBOAのglucosideが加水分解を受けでDIMBOAを遊離した可能性もある、さらに、DIMBOAそのものの屈曲活性についても現在検討を行っている。