葉緑体発達の新たなブレーキ役を発見 –アクセル役だけでなくブレーキ役も必要–

2026-07-01

2026-06-30 宮崎大学, 理化学研究所

宮崎大学と理化学研究所の共同研究グループは、植物の光合成器官である葉緑体の発達を抑制する新たな「ブレーキ役」因子を発見した。これまで葉緑体発達では促進因子（アクセル役）のGLKタンパク質がよく知られていたが、抑制因子の実態はほとんど分かっていなかった。研究では、モデル植物シロイヌナズナを用いた多重変異体解析により、B-BOXタンパク質群（COL6、COL16など）が葉緑体発達を抑制する因子であることを解明した。COL遺伝子群を欠損させた植物では葉緑体形成が促進され、GLK欠損による黄化も部分的に回復したことから、COLがGLKに拮抗して働くことが示された。さらに、GLKは昼間、COLは主に夜間に発現が高まり、互いの遺伝子発現を制御するとともに、タンパク質同士が直接相互作用して光合成関連遺伝子の発現を調節することも明らかになった。本研究は、葉緑体発達がアクセル役とブレーキ役の協調によって精密に制御されることを示した初めての成果であり、今後、COLタンパク質の機能改変を通じた高光合成・高生産性作物の開発につながることが期待される。

図1. GLKおよびCOLが植物の表現型及び光合成関連遺伝子発現に及ぼす影響 A. glk二重変異体(glk-d)では黄化するが、col二重変異を導入したglk変異体(glk-d col-d)ではクロロフィル量が回復し、col四重変異を導入すると（glk-d col-q）さらに回復する。 B. 光合成関連遺伝子（ここではLHCB1.2pro::LUC。右上）の発現はGLK1の働きにより強く誘導されるが（右下）、COL6を同時に作用させると発現が抑えられる。COL6のみを働かせても抑制効果が観察される。

＜関連情報＞

シロイヌナズナにおける単一のB-BOX CONSTANS様タンパク質およびGOLDEN2様タンパク質による葉緑体発達の多層的制御 Multilayered regulation of chloroplast development by single B-BOX CONSTANS-LIKE and GOLDEN2-LIKE proteins in Arabidopsis

Kotaro Kakuda,Mari Abumi,Hiroko Kinoshita,Mami Higashi,Hibiki Shiiba,Shiho Shimizu,Shogo Kuramoto,Fumika Nishida,Karin Kawajiri,Kagari Sakugawa,…
Plant Physiology Published:19 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/plphys/kiag406

Abstract

Chloroplast development is primarily regulated by transcription factors, including those belonging to the GOLDEN2-LIKE (GLK) family, that alter the expression of genes encoding chloroplast proteins. However, the mechanisms by which multiple transcription factors coordinate to optimize chloroplast development remain unclear. In this study, we identified the single B-BOX (BBX) CONSTANS-LIKE (COL) proteins COL6 (also known as BBX14), COL7 (BBX16), COL8 (BBX17), and COL16 (BBX15) as novel regulators of chloroplast development in Arabidopsis thaliana. Notably, the col6 col16 (col-d) double mutant exhibited a chlorophyll-excess phenotype, which was further enhanced in the quadruple col6 col7 col8 col16 (col-q) mutant. Introduction of col-d and col-q mutations in the glk1 glk2 (glk-d) mutant partially restored the pale-green phenotype of the original glk-d mutant. COL proteins negatively and redundantly regulated a class of genes encoding chloroplast proteins, acting directly on their promoters. Moreover, COL6 and COL7 expression exhibited a diurnal cycle, with their expression patterns contrasting with those of GLK1 and GLK2, which are positive regulators of chloroplast development. Furthermore, GLK expression was markedly higher in the col-q mutants than in wild-type plants. Co-immunoprecipitation assays revealed that COL proteins interacted with the GARP DNA-binding domain in the N-terminus of GLK1, likely affecting its function. Moreover, COL proteins associate with each other to form homomeric and heteromeric complexes, suggesting functional redundancies at the protein level. In conclusion, these results suggest that the multilayered regulatory mechanisms of single BBX COL and GLK proteins optimize chloroplast development in Arabidopsis thaliana in fluctuating environments.