植物の根端メリステムに対する有害金属毒性としてのDNA損傷の検証

验证 DNA 损伤对植物根分生组织的有毒金属毒性

基本信息

批准号：
21K05330
负责人：
浦口晋平
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kitasato University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

まず，有害金属ストレスが植物の根端においてDNA損傷ストレスを生じるのか検証することを目的として，初年度に確立したリアルタイムPCRによるDNA損傷評価系を用いて，シロイヌナズナの野生型および有害金属感受性の変異株cad1-3の根端におけるDNA損傷レベルを様々な有害金属ストレス条件下で評価した。亜ヒ酸，カドミウム，無機水銀，フェニル水銀はいずれもDNA損傷を誘発したが，野生型と変異株cad1-3の違いは明確ではなかった。変異株では細胞質の有害金属をキレート化するペプチド・ファイトケラチンを合成できないため，有害金属によるDNA損傷が野生型に比べて亢進されるという仮説を立てていたが，cad1-3でDNA損傷が高くなったのはフェニル水銀処理のみで，亜ヒ酸，カドミウム，無機水銀については野生型とcad1-3ともにDNA損傷は同程度であった。続いて，有害金属ストレスが植物の根端分裂組織の機能に及ぼす影響を明らかとするため，cad1-3の根端をモデルに組織や細胞の形態や細胞死の発生について顕微鏡観察を実施した。その結果，亜ヒ酸ストレスでは分裂組織内の維管束部で細胞死を特異的に観察した。亜ヒ酸による根の伸長の停止は可逆的で，亜ヒ酸ストレスの解除により根伸長は再開された。一方，カドミウムでは根端分裂組織の移行領域周辺にダメージを生じ，カドミウムストレスを解除してもダメージからの回復は観察されなかった。Ku70やRAD51などDNA損傷修復に関わる分子のシロイヌナズナ変異株を取得し，cad1-3との二重変異株を作成した。pWOX5-WOX5-GFPやpCYCB1;2-CYCB1;2-YFPなどのマーカー系統についても交配によってcad1-3背景への移植を進めた。

首先，为了验证有毒金属胁迫是否对植物根尖造成DNA损伤胁迫，我们利用第一年建立的实时PCR DNA损伤评估系统，对野生型和有毒金属敏感突变体进行了检测。拟南芥。在各种有毒金属胁迫条件下评估了菌株 cad1-3 根尖的 DNA 损伤水平。亚砷酸盐、镉、无机汞和苯汞都会引起DNA损伤，但野生型和突变型cad1-3之间的差异尚不清楚。我们假设突变株将无法合成螯合细胞质中有毒金属的肽植物螯合素，因此与野生型相比，有毒金属造成的DNA损伤会增强，但cad1-3中的DNA损伤更高。仅由苯汞处理引起，野生型和 cad1-3 中亚砷酸盐、镉和无机汞的 DNA 损伤相同。接下来，为了阐明有毒金属胁迫对植物根分生组织功能的影响，我们以cad1-3根尖为模型，对组织和细胞形态以及细胞死亡的发生进行了显微镜观察。结果，在亚砷酸盐胁迫下，在分生组织内的维管束中特别观察到细胞死亡。亚砷酸盐引起的根伸长抑制是可逆的，并且在亚砷酸盐胁迫释放后根伸长恢复。另一方面，镉对根分生组织过渡区周围造成损伤，即使去除镉胁迫也没有观察到损伤恢复。我们获得了参与 DNA 损伤修复的分子的拟南芥突变体，例如 Ku70 和 RAD51，并创建了 cad1-3 的双突变体。 pWOX5-WOX5-GFP 和 pCYCB1;2-CYCB1;2-YFP 等标记系也通过杂交移植到 cad1-3 背景中。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

根端分裂組織の有害元素応答におけるSOG1,ANAC044,ANAC085の役割

SOG1、ANAC044和ANAC085在根分生组织有毒元素反应中的作用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Riki MATSUSAKA;Akihiko HATANO;浦口晋平,菅谷　翔,小川琴未,大城有香,中村亮介,高根沢康一,清野正子
通讯作者：
浦口晋平,菅谷　翔,小川琴未,大城有香,中村亮介,高根沢康一,清野正子

Phytochelatin-mediated metal detoxification pathway is crucial for an organomercurial phenylmercury tolerance in Arabidopsis

DOI：
10.1007/s11103-021-01221-0
发表时间：
2021-11
期刊：
Plant Molecular Biology
影响因子：
5.1
作者：
Shimpei Uraguchi;Y. Ohshiro;Yuto Otsuka;E. Wada;Fumii Naruse;Kakeru Sugaya;Kenichiro Nagai;A. Wongkaew;Ryosuke Nakamura;Yasukazu Takanezawa;S. Clemens;Naoko Ohkama‐Ohtsu;M. Kiyono
通讯作者：
Shimpei Uraguchi;Y. Ohshiro;Yuto Otsuka;E. Wada;Fumii Naruse;Kakeru Sugaya;Kenichiro Nagai;A. Wongkaew;Ryosuke Nakamura;Yasukazu Takanezawa;S. Clemens;Naoko Ohkama‐Ohtsu;M. Kiyono

根端分裂組織に対する有害元素毒性の特異性とオーキシンの関係性

有毒元素对根分生组织毒性的特异性及与生长素的关系

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nagihiro Miyahara;Nanae Terado;Saki Kaneko;Akihiko Hatano;浦口晋平,小田切美優,小川琴未,羽貝知洸,平川桃子,齋藤光莉,大城有香,中村亮介,高根沢康一,清野正子
通讯作者：
浦口晋平,小田切美優,小川琴未,羽貝知洸,平川桃子,齋藤光莉,大城有香,中村亮介,高根沢康一,清野正子

Development of affinity bead-based <i>in vitro</i> metal-ligand binding assay reveals dominant cadmium affinity of thiol-rich small peptides phytochelatins beyond glutathione

基于亲和珠的<i>体外</i>金属配体结合测定揭示了除谷胱甘肽之外富含硫醇的小肽植物螯合素的主要镉亲和力

DOI：
10.1093/mtomcs/mfab068
发表时间：
2021
期刊：
Metallomics
影响因子：
3.4
作者：
Uraguchi Shimpei;Nagai Kenichiro;Naruse Fumii;Otsuka Yuto;Ohshiro Yuka;Nakamura Ryosuke;Takanezawa Yasukazu;Kiyono Masako
通讯作者：
Kiyono Masako

University of Bayreuth(ドイツ)

拜罗伊特大学（德国）