シカクマメ種子成熟後期におけるABI3/VP1を介したキモトリプシンインヒビター遺伝子の発現抑制におけるbZIP型転写因子の関与

ABI3/VP1はABA応答配列あるいは保存されたRY配列を介して,植物の種子成熟において多くの遺伝子発現制御を行う重要な転写因子である。シカクマメKunitz型キモトリプシンインヒビター(WCI)遺伝子の時期および器官特異的な遺伝子発現制御の解析から,我々はRY配列がWCI遺伝子の発現制御に必須ではあるが十分ではないことを示した。本研究では,シカクマメからABI3/VP1様のタンパク質(WbABI3)とbZIP型転写因子をクローニングし,これらの因子がWCI遺伝子の発現制御に関与しているか調査した。推定されるアミノ酸配列の解析から,このbZIP型転写因子(WbZIP1)は,インゲンマメにおけるABI3/VP1を介した種子タンパク質遺伝子の転写活性化を抑制する転写因子ROM2と高い相同性を示すことが明らかとなった。大腸菌を用いて発現させた組換えWbZIPタンパク質を用いたゲルシフト解析から,このタンパク質はWCI-3遺伝子プロモーターの5′-ACGT-3′を含むDNA断片に結合することが示された。ノザンブロット解析を行なったところ,WCI-3とWbABI3のmRNAが一過的に蓄積する種子成熟中期の後に,WbZIP1 mRNAの蓄積が増えることが明らかとなった。これらの結果から,WbABI3とWbZIP1はそれぞれ正の制御因子および負の制御因子として,WCI遺伝子の種子成熟中期から後期にかけての一過的な発現を制御していることが考えられた。

ABI3/VP1 is an important transcription factor, which regulates the expression of many kinds of genes during plant embryo maturation via ABA responsive elements or conserved RY repeats. The RY repeats are frequently found in 5' upstream regions of seed-specific genes. Through an extensive study of temporally- and spatially-regulated expression of a winged bean chymotrypsin inhibitor (WCI) gene, we have demonstrated that the RY repeat is necessary but not sufficient for the seed-specific expression. In this study, we have cloned cDNAs encoding an ABI3/VP1 like factor (WbABI3) and a bZIP DNA binding protein from winged bean to investigate the participation of ABI3/VP1 and bZIP-type transcription factors in WCI gene expression. The deduced protein sequence of the bZIP protein (WbZIP1) was highly homologous to ROM2, which is shown to be a repressor against ABI3/VP1-activated transcription of MAT class genes during late-seed maturation in French bean. Bacterial recombinant WbZIP1 protein was prepared and tested in a gel mobility shift assay to verify its binding to the promoter region of the WCI-3 gene, which encodes a major WCI protein of winged bean. The recombinant WbZIP1 protein proved to show a high affinity for specific fragments containing 5'-ACGT-3' sequences from the WCI-3 promoter. Enhanced expression of the WbZIP1 gene was observed during late-stage seed maturation after the transient expression of WCI-3 and WbABI3 in mid-stage seed maturation. These results suggest that WbABI3 and WbZIP1 may function antagonisitically to tune the level of WCI gene expression from mid- through late-stage seed maturation in winged bean.

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論文

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