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シアノバクテリアからアルカエプラスチダへ：植物界のPIIシグナル伝達への新たな進化の洞察
From cyanobacteria to Archaeplastida: new evolutionary insights into PII signalling in the plant kingdom.
PMID: 32077495 DOI: 10.1111/nph.16492.
抄録
PIIスーパーファミリーは、生命のすべてのドメインで見られるシグナル伝達タンパク質で構成されています。PIIタンパク質は、ATPとADPの競合的な結合を介して細胞のエネルギー状態を感知し、2-オキソグルタル酸の結合を介して炭素と窒素のバランスを感知している。アルカエプラスティダの祖先は、先祖のシアノバクテリアの内共生体からそのPIIシグナル伝達タンパク質を受け継いだ。進化の過程で、植物のPIIタンパク質はグルタミンを感知するC末端延長を獲得し、その後、すべての葉緑体のPIIタンパク質に存在するようになりました。様々な藻類（紅藻、緑藻、非光合成藻類）のPIIタンパク質は、その感覚と調節特性に関して系統的に研究されてきました。酸素系光合成藻類（藍藻類、紅藻類、葉緑藻類、高等植物）の異なる系統のPIIタンパク質を比較することで、それらの進化的保存性と適応性についての洞察が得られた。アルギニン生合成の制御酵素であるN-アセチル-l-グルタミン酸キナーゼ(NAGK)の主要なPII相互作用因子としての高度に保存された役割は、シアノバクテリアと古細菌の酸素性光栄養植物全体で実証されています。また、紅藻のPIIシグナル伝達系は藍藻と葉緑体の進化の中間的なものであることが明らかにされている。本総説では、植物界のPIIタンパク質による代謝シグナル伝達の理解の最近の進展について考察する。
The PII superfamily consists of signal transduction proteins found in all domains of life. Canonical PII proteins sense the cellular energy state through the competitive binding of ATP and ADP, and carbon/nitrogen balance through 2-oxoglutarate binding. The ancestor of Archaeplastida inherited its PII signal transduction protein from an ancestral cyanobacterial endosymbiont. Over the course of evolution, plant PII proteins acquired a glutamine-sensing C-terminal extension, subsequently present in all Chloroplastida PII proteins. The PII proteins of various algal strains (red, green and nonphotosynthetic algae) have been systematically investigated with respect to their sensory and regulatory properties. Comparisons of the PII proteins from different phyla of oxygenic phototrophs (cyanobacteria, red algae, Chlorophyta and higher plants) have yielded insights into their evolutionary conservation vs adaptive properties. The highly conserved role of the controlling enzyme of arginine biosynthesis, N-acetyl-l-glutamate kinase (NAGK), as a main PII-interactor has been demonstrated across oxygenic phototrophs of cyanobacteria and Archaeplastida. In addition, the PII signalling system of red algae has been identified as an evolutionary intermediate between that of Cyanobacteria and Chloroplastida. In this review, we consider recent advances in understanding metabolic signalling by PII proteins of the plant kingdom.
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