シロイヌナズナまたはタンパク質は、カロテノイド生合成の制御におけるフィトエンシンターゼの主要な転写後調節因子です

カロテノイドは、植物や人間に不可欠な天然色素です。カロテノイド生合成経路における速度制限酵素であるフィトエンシンターゼ（PSY）、およびカロテノイド生合成のクロモプラスト分化の調節因子であるオレンジ（OR）は、植物のカロテノイド生合成と蓄積を制御する2つの重要なタンパク質を表します。しかし、転写後の調節の根底にあるメカニズムについてはほとんど知られていない。ここでは、PSYおよびまたはファミリーのタンパク質[シロイヌナズナthalianaまたは（ator）およびAtor様]が色素体で物理的に相互作用したことを報告します。シロイヌナズナの変化または発現は、PSY転写産物の存在量に最小限の影響を与えることがわかりました。ただし、ATORの過剰発現は、酵素的に活性なPSYの量を大幅に増加させましたが、Ator Atorのような二重変異体はPSYレベルを劇的に減少させました。結果は、またはタンパク質がPSYの主要な転写後調節因子として機能することを示しています。ATORまたはATORのような単一変異体は、PSYタンパク質レベルにほとんど影響を及ぼさず、これは代償的なメカニズムを伴い、部分的な機能的冗長性を示唆しています。さらに、PSY発現の修飾により、ATORタンパク質レベルが変化し、PSYおよびORの相互調節が裏付けられました。カロテノイド含有量は、媒介性PSYレベルと相関した変化を示し、PSYを調節することによりカロテノイド生合成の機能または制御の機能を示しました。我々の発見は、植物におけるPSYの転写後調節を介してカロテノイド生合成が制御される新しいメカニズムを明らかにしています。

Carotenoids are indispensable natural pigments to plants and humans. Phytoene synthase (PSY), the rate-limiting enzyme in the carotenoid biosynthetic pathway, and ORANGE (OR), a regulator of chromoplast differentiation and enhancer of carotenoid biosynthesis, represent two key proteins that control carotenoid biosynthesis and accumulation in plants. However, little is known about the mechanisms underlying their posttranscriptional regulation. Here we report that PSY and OR family proteins [Arabidopsis thaliana OR (AtOR) and AtOR-like] physically interacted with each other in plastids. We found that alteration of OR expression in Arabidopsis exerted minimal effect on PSY transcript abundance. However, overexpression of AtOR significantly increased the amount of enzymatically active PSY, whereas an ator ator-like double mutant exhibited a dramatically reduced PSY level. The results indicate that the OR proteins serve as the major posttranscriptional regulators of PSY. The ator or ator-like single mutant had little effect on PSY protein levels, which involves a compensatory mechanism and suggests partial functional redundancy. In addition, modification of PSY expression resulted in altered AtOR protein levels, corroborating a mutual regulation of PSY and OR. Carotenoid content showed a correlated change with OR-mediated PSY level, demonstrating the function of OR in controlling carotenoid biosynthesis by regulating PSY. Our findings reveal a novel mechanism by which carotenoid biosynthesis is controlled via posttranscriptional regulation of PSY in plants.