暗黒下におけるエチレン合成依存的・非依存的な葉老化制御機構の解明

阐明黑暗中乙烯合成依赖和独立的叶片衰老控制机制

基本信息

批准号：
21K06232
负责人：
小塚俊明
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hiroshima 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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06232/
关键词：
フィトクロムクリプトクロムエチレン PIF ACS 葉老化老化光応答

项目摘要

植物は，不要になった器官を積極的に老化することにより，細胞内小器官やクロロフィルなどを分解し，その分解産物を栄養分として回収して新しい器官で再利用する．特に，本葉は光合成遂行の主要器官であるため，暗い日陰では葉老化が誘導される．植物は日陰環境を光受容体によって識別しており，フィトクロム・クリプトクロム下流において葉老化が制御されている．本研究は，葉老化制御に大きく関与する植物ホルモン・エチレンの光受容体による合成制御機構の解明を目的とする．これまで，エチレン合成律速酵素として知られるACSファミリー遺伝子の中から，フィトクロム下流におけるエチレン合成制御には，ACS8遺伝子が最も重要であることを明らかにした．このACS8遺伝子の発現制御機構を詳細に調べるため，約5kbpのACS8プロモーター配列を単離して，LUC/GUSレポーター解析を実施した．さらに，詳細な遺伝子発現解析から，フィトクロムシグナル伝達因子PIF7によってACS8遺伝子の転写が調節されている可能性が推測された．令和4年度では，PIF7とACS8プロモーターとの直接的な相互作用による転写制御機構について解析を行った．プロトプラスト細胞によるトランジェントアッセイの結果，ACS8プロモーターの転写活性はPIF7によって直接的に促進されることを示した．さらに，ChIP-PCR解析から，ACS8プロモーター上のG-boxシス配列にフィトクロム不活性化に伴ってPIF7相互作用が促進されることが示された．また，エチレン合成は葉に青色光を照射することによっても抑制される．その際，青色光受容体クリプトクロムがエチレン合成の抑制に関与すること，クリプトクロムシグナルによって葉老化が抑制的に制御されることを明らかにした．この研究成果について，アメリカ植物生物学会が刊行する専門誌に論文発表した．

植物主动老化不再需要的器官，分解细胞内细胞器和叶绿素，并回收分解产物作为营养物质以在新器官中重复使用。特别是，由于真叶是光合作用的主要器官，深色阴影会导致叶子衰老。植物使用光感受器识别遮荫环境，叶子衰老受到光敏色素和隐花色素下游的控制。本研究的目的是阐明光感受器控制乙烯合成的机制，乙烯是一种植物激素，在控制叶子衰老中起主要作用。到目前为止，我们已经揭示了在被称为乙烯合成限速酶的ACS家族基因中，ACS8基因是调节光敏色素下游乙烯合成最重要的基因。为了详细研究ACS8基因的表达控制机制，我们分离了大约5kbp的ACS8启动子序列并进行了LUC/GUS报告基因分析。此外，详细的基因表达分析表明ACS8基因转录可能受到光敏色素信号因子PIF7的调节。在2020财年，我们通过PIF7和ACS8启动子之间的直接相互作用分析了转录控制机制。使用原生质体细胞的瞬时测定表明，PIF7 直接促进 ACS8 启动子的转录活性。此外，ChIP-PCR 分析表明，光敏色素失活后，PIF7 与 ACS8 启动子上的 G-box 顺式序列的相互作用得到促进。用蓝光照射叶子也可以抑制乙烯合成。当时，我们发现蓝光受体隐花色素参与抑制乙烯合成，并且隐花色素信号以抑制方式控制叶片衰老。我们在美国植物生物学会出版的专业期刊上发表了一篇关于这项研究结果的论文。