に掲載された研究では Annals of Botany、研究者はランスの葉のサンデューの内部の仕組みを掘り下げました。 ドロセラ・アデラエ独特のトラップ器官と消化器系で知られる食虫植物。 Meng Yu と日本の同僚による研究では、次の新しい情報が明らかになりました。 植物の消化液中のS1型ヌクレアーゼ（DAN1）と呼ばれる特殊な酵素. 調査結果は、この酵素の遺伝子発現、構造的特徴、進化的適応に関する洞察を明らかにしており、これらは植物が獲物から栄養素を吸収する能力において重要な役割を果たしています。
サンデューのような食虫植物は、特に栄養の乏しい環境で、昆虫や他の小動物を捕まえて消化し、栄養摂取を補うように進化してきました. これらの植物は、獲物をより単純な化合物に分解するさまざまな酵素を含む消化液を分泌します。 以前の研究は、これらの植物の消化液に存在する他の酵素に焦点を当てていましたが、ヌクレアーゼ (DNA や RNA などの核酸の分解を助ける酵素) についてはほとんど研究が行われていませんでした。
この研究で、Yu と同僚は、消化液に含まれる S1 型ヌクレアーゼである DAN1 酵素に注目しました。 ドロセラ・アデラエ. 彼らは、その遺伝子発現、構造的、機能的、および進化的特徴、ならびに植物のユニークなトラップ器官および関連するエピジェネティックな調節におけるその役割を理解することを目指しました. エピジェネティックな調節とは、根底にある DNA 配列の変化を伴わないが、世代を超えて受け継がれる遺伝子活性の変化を指します。
チームは、リアルタイム PCR を使用して、臓器特異的な発現を調べました。 Dan1 腺状の触手、葉身、根、花序を含むランス葉サンデューの遺伝子。 この技術により、特定の DNA 配列の検出と定量化が可能になります。 彼らはまた、 Dan1 プロモーター - 遺伝子活性を制御する DNA の領域 - を特定の配列における DNA メチル化の程度を明らかにするバイサルファイト シーケンスによって。
その結果、 Dan1 腺触手でのみ発現し、そのプロモーターはすべての器官でほぼ完全にメチル化されていません。 この発見は、S 様 RNase 遺伝子とは対照的です。 だい of ドロセラ・アデラエ、同様の臓器特異的発現を持っていますが、腺触手で特異的にメチル化されていないプロモーターによって制御されています。 これは、XNUMX つの遺伝子が異なる方法で制御されていることを示唆しています。
遺伝子発現と調節の分析に加えて、研究者は、1 つの食虫植物と 1 つの非食虫植物の S1 型ヌクレアーゼの一次構造を比較することによって、DANXNUMX の構造特性も研究しました。 この比較により、肉食性植物の間でのみ保存されている XNUMX つのアミノ酸位置と、非肉食性植物の間でのみ保存されている XNUMX つのアミノ酸位置が明らかになりました。 この発見は、食虫植物の消化液で特定の機能を果たすように進化が DANXNUMX の構造を形成したことを示しています。
DAN1 は、酵素の機能をさらに理解するために、無細胞タンパク質合成システムを使用して調製されました。 次に、研究者は、金属イオン、最適な pH と温度、および基質の好みに関する酵素の要件をテストしました。 彼らは、DAN1 が Zn2+、Mn2+、または Ca2+ イオンの存在下で基質として DNA よりも RNA を好み、pH 4.0 で最もよく機能することを発見しました。
これらの調査結果に基づいて、研究者は、DAN1 の主な機能は、 ドロセラ・アデラエ 獲物からのリン酸塩の取り込みを促進することです。 この機能は、他の植物で知られている S1 型ヌクレアーゼの役割とは大きく異なります。 彼らの記事で、Yu と同僚は次のように書いています。
植物の S1 型ヌクレアーゼは、胚乳変性を含む多くの生物学的プロセスで役割を果たします (ブラウンとホー、1986)、管要素の分化 (伊藤と福田、2002）、葉の老化（ペレス・アマドール ら。、2000）およびウイロイド感染への反応（マトゥシェク ら。、2007, 2008）。 ウイロイド感染反応以外に、これらの現象はプログラム細胞死（PCD）を伴います（杉山 ら。、2000）。 しかし、現在の研究を含む食虫植物の消化酵素の研究は、S1型ヌクレアーゼが獲物の核酸を消化するためにも使用されていることを示唆しており、これはPCDに関連していません。 さらに、 アデラエ博士 DA-I は消化液中に豊富に存在する S 様 RNase であり、DAN1 は基質として ssDNA よりも ssRNA を好むようです…, アデラエ博士 主に RNA からリン酸を得ることができます。 S 様 RNase はこれらの植物の消化液に広く見られるため、これは食虫植物の共通の特徴である可能性があります…
Yu ら。 2023。
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優正人、新井直也、落合哲也、大山哲也 (2023)サンデューの消化液におけるS1型ヌクレアーゼの発現と機能, ドロセラ・アデラエ" Annals of Botany、131（2）、335〜346ページ。 入手可能: https://doi.org/10.1093/aob/mcac150
表紙画像： ドロセラ・アデラエ / インシデントマトリックス/ Flickr.
