発育途上の亜麻におけるシアノ原性グルコシドの代謝：代謝解析と遺伝子発現パターン

Metabolism of the Cyanogenic Glucosides in Developing Flax: Metabolic Analysis, and Expression Pattern of Genes.

• Magdalena Zuk
• Katarzyna Pelc
• Jakub Szperlik
• Agnieszka Sawula
• Jan Szopa

抄録

亜麻からシアノ生成性グルコシド（CG）、モノグリコシドであるリナマリン、ロタウスタリン、ジグルコシドであるリヌスタチン、ネオリヌスタチンが同定されている。CGとシアン化水素（HCN）の役割、具体的にはそれらの分解産物は異なり、ある程度しか理解されていません。HCNは呼吸抑制剤として好気性生物に毒性があり、重金属を含む酵素にも毒性がある。一方、CGとHCNは、草食動物、昆虫、病原体に対する植物の防御システムにおいて重要な因子である。本研究では、亜麻の生育・発育過程における CG 量の変動（UPLC を用いて）と、それらの代謝に重要な酵素（バリン N-モノオキシゲナーゼ、リナマーゼ、シアノアラニンニトリラーゼ、シアノアラニン合成酵素）をコードする遺伝子の発現を RT-PCR を用いて解析した。硫黄アミノ酸のレベルが増加したことを特徴とするリノラ栽培株およびトランスジェニック植物を解析した。これにより、シアンの解毒過程と一般代謝との間に有意な関係があることを実証することができた。シアン原性グルコシドは、アミノ酸、タンパク質、アミンの合成のための含窒素前駆体として利用されている。したがって、それらは草食動物からの保護機能を果たすだけでなく、一般的な植物成長調節物質であり、特にそのレベルの変化は植物の発達の重要な段階と強く相関していることが示されているので、シアン化グルコシドは、植物の成長調節物質である。

Cyanogenic glucosides (CG), the monoglycosides linamarin and lotaustralin, as well as the diglucosides linustatin and neolinustatin, have been identified in flax. The roles of CG and hydrogen cyanide (HCN), specifically the product of their breakdown, differ and are understood only to a certain extent. HCN is toxic to aerobic organisms as a respiratory inhibitor and to enzymes containing heavy metals. On the other hand, CG and HCN are important factors in the plant defense system against herbivores, insects and pathogens. In this study, fluctuations in CG levels during flax growth and development (using UPLC) and the expression of genes encoding key enzymes for their metabolism (valine N-monooxygenase, linamarase, cyanoalanine nitrilase and cyanoalanine synthase) using RT-PCR were analyzed. Linola cultivar and transgenic plants characterized by increased levels of sulfur amino acids were analyzed. This enabled the demonstration of a significant relationship between the cyanide detoxification process and general metabolism. Cyanogenic glucosides are used as nitrogen-containing precursors for the synthesis of amino acids, proteins and amines. Therefore, they not only perform protective functions against herbivores but are general plant growth regulators, especially since changes in their level have been shown to be strongly correlated with significant stages of plant development.