植物形質転換でよく使うアセトシリンゴン（acetosyringone; AS）は、AgrobacteriumのVirA/VirG系を刺激してvir遺伝子を誘導する植物フェノールとして有名です。
2024年の Scientific Reports 論文は、そのASに別の顔があることを示しました。ASを電極で酸化状態へ変えると、遺伝子組換え大腸菌の酸化ストレス応答系OxyRを介してレポーター遺伝子を誘導できたのです。
ただし、この研究はAgrobacteriumへのT-DNA導入効率を測ったものではありません。旧版で「ASの酸化還元を操作すれば植物形質転換も強化できるのでは」と広げた部分は、現時点では仮説です。
還元状態のASではOxyRはほとんど動かない
研究ではOxyR/OxyS制御下でsfGFPを発現する大腸菌レポーターを使いました。通常の還元状態にあるASを加えるだけでは大きな誘導は起こりません。
一方、電極へ酸化電位をかけてASを酸化するとOxyR依存の遺伝子発現が上昇しました。ASを“pro-signaling molecule”として、電気化学的にONへ変換するelectrogenetic signalingの例です。
OxyRは酸化還元を読む転写制御系
OxyRは過酸化水素などの酸化ストレスで活性化される転写因子です。研究チームは以前から、電極反応で過酸化水素を生成してOxyRを動かすelectrogenetic circuitを開発していました。
今回のASは、電極で酸化された植物由来分子そのものがredox signalとして使えることを示した点が新しいところです。酸化電位と蓄積電荷によって遺伝子発現量を調整できました。
AgrobacteriumのAS認識はVirA/VirGで、OxyRではない
植物が傷つくとASなどのフェノールを放出し、Agrobacteriumは膜受容体VirAと転写制御因子VirGからなる二成分系でそれを認識します。ここで誘導されるvir遺伝子群がT-DNA移送に必要です。
一方、この2024年研究の大腸菌にはAgrobacterium型VirA/VirG系がなく、酸化ASをOxyR系で読んでいます。つまり同じ分子でも、受容機構が別です。
「酸化ASで植物形質転換が上がる」はまだ試していない
ASは植物形質転換で日常的に使われるため、redox stateがVirA/VirG応答や感染効率へ影響するのかは面白い研究テーマです。しかし今回の論文では、Agrobacterium感染、vir発現、T-DNA transfer、植物の形質転換効率を測っていません。
したがって現時点では、「ASには構造シグナルだけでなくredox signalとして働く能力もある。これがAgrobacterium系へどう関係するかは今後の問い」と位置づけるのが正確です。
植物分子×電子回路という別の応用
むしろ直接的な応用先は、植物由来分子を電気化学的に変換し、細菌の遺伝子回路をON/OFFするbioelectronic interfaceです。センサー、代謝工学、電気で制御する細胞工場などへ展開できる可能性があります。
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参考文献
- Terrell JL et al. Redox active plant phenolic, acetosyringone, for electrogenetic signaling. Scientific Reports. 2024. https://doi.org/10.1038/s41598-024-60191-7
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