自然界で23,000種類も見つかっているイソプレノイドは、ステロールやホルモンなどの生体成分をはじめ、医薬品原料や天然ゴムなど有用二次代謝産物をもたらす重要な化合物群として広く知られています。動植物はもとより、微生物も生合成していますが、中でも植物が産み出す生合成経路には2種類あることが分かっていました。細胞質で生合成するメバロン酸（MVA）経路と細胞内小器官の1つ葉緑体で生合成する非メバロン酸（MEP）経路です。この2つのイソプレノイド生合成経路の制御には複雑で巧妙なメカニズムが存在すると考えられています。これまでに、ミトコンドリア内に局在するPPRタンパク質の1つ「LOI1タンパク質」がこの制御にかかわることが解明されていましたが、その詳細なメカニズムは謎でした。

植物センター代謝機能研究グループらは、横浜市立大学と協力、LOI1遺伝子を過剰発現したり、欠損させたloi1変異体を用いて、このメカニズムの解明に挑みました。その結果、イソプレノイドがMVA経路とMEP経路で生合成される際に、別の細胞小器官であるミトコンドリアに局在する「呼吸鎖複合体」が重要な役割を果していることを突き止めました。

植物はMVA経路でステロールなどを、MPE経路でカロテノイドなどのイソプレノイド化合物を生成します。今回の発見は、人の健康に役立つさまざまな化合物の生合成を、必要に応じて個別に活性化させる道を拓くものと期待できます。さらに、ミトコンドリアや葉緑体が細胞内で共生を始めたのは10億年以上前のことですが、独立した細胞内小器官であるミトコンドリアと葉緑体が、代謝産物を制御するレベルで細胞質と密接なつながりのあることが分かり、細胞の真核化や植物化を考える上で重大な知見をもたらすと注目できます。