OsbZIP18プロモーターの自然変異がイネの分岐鎖アミノ酸レベルに寄与している

Natural variation in the OsbZIP18 promoter contributes to branched-chain amino acid levels in rice.

• Yangyang Sun
• Yuheng Shi
• Guige Liu
• Fang Yao
• Yuanyuan Zhang
• Chenkun Yang
• Hao Guo
• Xianqing Liu
• Cheng Jin
• Jie Luo

抄録

分岐鎖アミノ酸（BCAA）は、ヒトや動物にとって食事から摂取しなければならない必須アミノ酸であり、植物の成長や発達の様々な面で重要な役割を果たしている。高等植物におけるBCAAの生合成経路は明らかにされているが、その遺伝子制御に関する知見はまだ限られており、これまでに正の調節因子は同定されていない。ここでは、イネにおけるBCAA量の変動が、塩基性ロイシンジッパー（bZIP）転写因子であるOsbZIP18のプロモーターの多型に起因する転写の差異に起因することを示した。機能解析の結果、OsbZIP18は、分岐鎖アミノ基転移酵素1（OsBCAT1）およびOsBCAT2のプロモーターのACEおよびC-boxシスエレメントに直接結合することで、BCAA合成を正に制御していることが明らかになった。さらに、OsbZIP18は窒素欠乏によって強く誘導され、窒素飢餓状態ではBCAAレベルがOsbZIP18依存的に上昇することを明らかにした。以上の結果から、BCAA生合成の正のレギュレーターであるOsbZIP18は、BCAAレベルの自然変動に寄与するとともに、重要な生合成遺伝子であるOsBCAT1とOsBCAT2を直接修飾することで、デノボ合成によるBCAAの蓄積を媒介していることが明らかになった。

Branched-chain amino acids (BCAAs) are essential amino acids that must be obtained from the diet for humans and animals, and they play important roles in various aspects of plant growth and development. Although BCAA biosynthetic pathways in higher plants have been uncovered, knowledge of their genetic control is still limited, and no positive regulators have been identified to date. Here, we showed that variation in BCAA levels in rice is attributable to differential transcription of OsbZIP18, a basic leucine zipper (bZIP) transcription factor, due to polymorphisms in its promoter. Functional analysis revealed that OsbZIP18 positively regulates BCAA synthesis by binding directly to the ACE and C-box cis-elements in the promoters of the biosynthetic genes branched-chain aminotransferase1 (OsBCAT1) and OsBCAT2. We further demonstrated that OsbZIP18 is strongly induced by nitrogen (N) deficiency and that N starvation results in enhanced BCAA levels in an OsbZIP18-dependent manner. Overall, we identified OsbZIP18, a positive regulator of BCAA biosynthesis, which contributed to natural variation in BCAA levels and mediated BCAA accumulation through de novo synthesis by directly modulating the key biosynthetic genes OsBCAT1 and OsBCAT2.

This article is protected by copyright. All rights reserved.