シロイヌナズナ種子発芽中の初期および後期ジベレリン生合成遺伝子の明確な細胞特異的発現パターン

ジベレリン（ガス）は、いくつかのクラスの酵素を含む複雑な経路を介して生合成されます。個々のGA生合成ステップの部位を予測するために、シロイヌナズナの種子発芽における初期および後期のGA生合成酵素をコードする遺伝子の細胞型特異的発現を研究しました。末端生合成ステップを触媒するGa 3-オキシダーゼをコードする2つの遺伝子、Atga3ox1とAtga3ox2の発現が、生成種子の発生における胚軸の皮質と内皮に主に局在することを示しました。別のGa生合成遺伝子であるAtko1がエントカウレンオキシダーゼをコードしているため、同様の細胞特異的発現パターンを示したため、Ent-Kaurene酸化からの生物活性ガスの合成が種子発芽中に同じ細胞型で発生すると予測しました。また、発芽中に皮質細胞が拡大し、GA産生と応答の間の空間的相関が示唆されることも示しました。ただし、GA生合成における最初のコミットされたステップの原因となるATCPS1遺伝子のプロモーター活性は、発芽種子の胚のdabryoのみでのみ検出されました。ATCPS1 cDNAが、ATGA3OX2プロモーターを使用して、非誘発性GA1-3種子（ATCPS1が不足している）の皮質および内胚葉でのみ発現した場合、発芽は核生成の発現と同様にGA生合成阻害剤に耐性がありませんでした。これらの結果は、種子発芽中のガスの生合成が2つの別々の場所で行われることを示唆しています。皮質と内胚葉での早期のステップが発生し、その後のステップが発生します。これは、GA生合成経路の中間体の細胞間輸送が生物活性ガスを生成するために必要であることを意味します。

Gibberellins (GAs) are biosynthesized through a complex pathway that involves several classes of enzymes. To predict sites of individual GA biosynthetic steps, we studied cell type-specific expression of genes encoding early and late GA biosynthetic enzymes in germinating Arabidopsis seeds. We showed that expression of two genes, AtGA3ox1 and AtGA3ox2, encoding GA 3-oxidase, which catalyzes the terminal biosynthetic step, was mainly localized in the cortex and endodermis of embryo axes in germinating seeds. Because another GA biosynthetic gene, AtKO1, coding for ent-kaurene oxidase, exhibited a similar cell-specific expression pattern, we predicted that the synthesis of bioactive GAs from ent-kaurene oxidation occurs in the same cell types during seed germination. We also showed that the cortical cells expand during germination, suggesting a spatial correlation between GA production and response. However, promoter activity of the AtCPS1 gene, responsible for the first committed step in GA biosynthesis, was detected exclusively in the embryo provasculature in germinating seeds. When the AtCPS1 cDNA was expressed only in the cortex and endodermis of non-germinating ga1-3 seeds (deficient in AtCPS1) using the AtGA3ox2 promoter, germination was not as resistant to a GA biosynthesis inhibitor as expression in the provasculature. These results suggest that the biosynthesis of GAs during seed germination takes place in two separate locations with the early step occurring in the provasculature and the later steps in the cortex and endodermis. This implies that intercellular transport of an intermediate of the GA biosynthetic pathway is required to produce bioactive GAs.