アブシシン酸欠損4は、シス - ビオラキサンチンとシス - ネオキサンチン合成の両方に不可欠な機能を持っています

カロテノイドから合成された植物ホルモンであるアブシジン酸（ABA）は、種子発芽および非生物的ストレス反応の機能です。ABAは、キサントフィルとも呼ばれる酸素化カロテノイドであるビオラキサンチンとネオキサンチンの9-cis異性体の切断に由来しています。ABA生合成経路のほとんどのステップに原因となる酵素をコードする遺伝子が同定されていますが、トランスビオラキサンチンからのこれらのシス異性体の産生につながる酵素反応はあまり理解されていません。トランスおよびシス - ネオキサンチン、トマト（Solanum lycopersicum）Neoxanthin-Deficient1（NXD1）およびシロイヌナズナ（シロイヌナズナ（Thaliana）ABA-DEFicient4（ABA4）を欠く2つの変異体は以前に特定されましたが、ABA4のみがABA deFENOTIESの型を示しました。ABA4およびNXD1タンパク質については酵素活性は検出されず、その正確な機能は不明のままでした。シロイヌナズナのABA4およびNXD1機能をさらに調査するために、単一変異体と二重変異体の表現型を比較し、野生型および変異体のバックグラウンドにおけるABAおよびカロテノイド蓄積に対するABA4過剰発現の効果を分析しました。ABA4は、トランスビオラキサンチンからのトランスおよび9'-シス - ネオキサンチンの形成に必要であるだけでなく、9-cis-violaxinsinの蓄積を制御するために必要であるという収束的な証拠を提供します。NXD1は大量の9-CIS-ViolaxanthinとABAを生成しますが、ABA4 NXD1は葉と種子の両方で減少したレベルを示します。さらに、NXD1でのABA4構成的発現は、9-CIS-ViolaxanthinとABAの両方の蓄積を増加させます。過渡発現アッセイにおけるNXD1タンパク質の細胞内局在は、サイトゾルでニキサンチン合成に必要なNXD1由来因子の産生が起こることを示唆しています。最後に、我々は、追加の未知の補因子を使用してABA4が、トランスからCISへのビオラキサンチンイソメラーゼ活性に必要であるか、貢献していると仮定し、ABAの両方のシスXanthophyll前駆体を生成します。

Abscisic acid (ABA), a plant hormone synthesized from carotenoids, functions in seed germination and abiotic stress responses. ABA is derived from the cleavage of 9-cis-isomers of violaxanthin and neoxanthin, which are oxygenated carotenoids, also called xanthophylls. Although genes encoding enzymes responsible for most steps of the ABA biosynthesis pathway have been identified, enzymatic reactions leading to the production of these cis-isomers from trans-violaxanthin remain poorly understood. Two mutants that lack trans- and cis-neoxanthin, tomato (Solanum lycopersicum) neoxanthin-deficient1 (nxd1) and Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) ABA-deficient4 (aba4), were identified previously, but only aba4 exhibited ABA-deficient phenotypes. No enzymatic activity was detected for ABA4 and NXD1 proteins, and their exact function remained unknown. To further investigate ABA4 and NXD1 function in Arabidopsis, we compared phenotypes of single and double mutants, and analyzed the effect of ABA4 overexpression on ABA and carotenoid accumulation in wild-type and mutant backgrounds. We provide convergent evidence that ABA4 is not only required for the formation of trans- and 9'-cis-neoxanthin from trans-violaxanthin, but also controls 9-cis-violaxanthin accumulation. While nxd1 produces high amounts of 9-cis-violaxanthin and ABA, aba4 nxd1 exhibits reduced levels in both leaves and seeds. Furthermore, ABA4 constitutive expression in nxd1 increases both 9-cis-violaxanthin and ABA accumulation. Subcellular localization of NXD1 protein in transient expression assays suggests that production of the NXD1-derived factor required for neoxanthin synthesis takes place in the cytosol. Finally, we postulate that ABA4, with additional unknown cofactor(s), is required for, or contributes to, trans-to-cis violaxanthin isomerase activity, producing both cis-xanthophyll precursors of ABA.