ピロリン酸による植物の代謝制御とそれを応用した植物機能改変

通过焦磷酸盐控制植物代谢并利用焦磷酸盐改变植物功能

• 批准号: 20K05826
• 负责人: 瀬上 紹嗣
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute for Basic Biology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05826/
• 关键词: ピロリン酸; 糖代謝; プロトンポンプ; デンプン; 液胞; 窒素; 液胞輸送; 重力

ピロリン酸(PPi)は、200以上の代謝反応から生産され、その蓄積は生物にとって毒となる。しかし、植物細胞では200μMほどの比較的高い濃度が維持され、PPiを利用する複数の酵素がエネルギー源として利用している。そのうち、液胞膜のH+ポンプであるH+-PPaseがPPi消費の大部分を占めること、さらに可溶性PPaseを欠損させた多重変異体ではより高いPPiの蓄積が発生し、細胞壁成分が減少し、デンプンが蓄積するという代謝変動がみられることを明らかにしてきた。このことから、細胞内PPiは主にH+-PPaseによって調節されていると考え、その実証と生理的意味を探索している。H+-PPaseはほぼすべての細胞で発現するが、アミロプラストを平衡石とする根端のコルメラ細胞のみ極端に低いという発現特徴を示す。ここに野生型H+-PPaseと、H+輸送活性のみを欠損しPPi分解のみを行う変異型H+-PPaseを異所発現させると、暗処理条件において野生型と比較してデンプンが減少し液胞体積が増大する表現型が観察された。重力感知の平衡石であるデンプン粒維持のためにH+-PPaseの発現量がコルメラ細胞で抑えられていると考え、H+-PPaseの異所発現体の重力屈性における表現型を調べたところ、デンプンを蓄積しないpgm変異体と野生型の中間程度の値を示した。根の長さについては、異所発現による影響は見られなかった。PPi量がこの表現型を決定しているという仮説の下、液胞膜局在型H+-ATPase AHA10を発現させたところ、予想外に液胞の増大とデンプンの低下という同様の表現型が見られ、酵母や大腸菌可溶性PPase発現株では表現型が見られなかった。これらの結果から、観察された表現型は液胞膜タンパク質の過剰発現やATPの消費量増加によるものであるという可能性を考慮し、検証実験を行っている。

焦磷酸盐（PPI）是由200多种代谢反应产生的，其积累对生物有毒。然而，植物细胞保持相对较高的浓度约为200μm，并且使用PPI的多种酶被用作能源。其中有发现，液泡膜中H+泵的H+泵占PPI消耗的大部分，并且缺乏可溶性PPases的多个突变体会产生更高的PPI积累，减少细胞壁成分，并观察到代谢波动，例如starch堆积。由此，我们认为细胞内PPI主要受H+ppase的调节，我们正在寻找其证明和生理意义。 H+ - ppase在几乎所有细胞中均表达，但仅带有淀粉样杆菌的根末端Cormera细胞，因为平衡极低。当野生型H+-ppase和突变型H+PPase在现代表达仅降解H+转移活性和PPI降解的活性时，与在黑暗处理条件下淀粉相比，淀粉降低且液泡体积增加的表型。 H+ - ppase的表达水平被认为是在Cormela细胞中抑制的，以维持淀粉颗粒，这是一种平衡的重力传感石。当我们研究H+-PPase异位表达的重力表型时，我们发现该值在不积聚淀粉和野生型的PGM突变体之间。未观察到异位表达对根长度的影响。在表达液泡膜 - 定位的H+-ATPase AHA10时，PPI水平决定了这种表型的假设，出乎意料地显示出类似的表型的液泡和淀粉降低的表型，并且在酵母或大肠杆菌可溶性的PPase PPase表达表达菌株中未发现表型。基于这些结果，我们已经考虑了观察到的表型是由于液泡膜蛋白过度表达的可能性和ATP消耗的增加而进行了验证实验。

项目成果

植物におけるピロリン酸と窒素代謝の関係を探る

探讨植物焦磷酸盐与氮代谢的关系

• 发表时间: 2020
• 作者: 福田茉由;三枝毬花;佐藤良介;木下悟;巴山貴晶;Fanny Bellegarde;Ali Ferjani;前島正義;瀬上紹嗣
• 通讯作者: 瀬上紹嗣

Lack of Vacuolar H+ -Pyrophosphatase and Cytosolic Pyrophosphatases Causes Fatal Developmental Defects in Arabidopsis thaliana

• DOI: 10.3389/fpls.2020.00655
• 发表时间: 2020-05-26
• 期刊: FRONTIERS IN PLANT SCIENCE
• 影响因子: 5.6
• 作者: Fukuda, Mayu;Mieda, Marika;Segami, Shoji
• 通讯作者: Segami, Shoji

食虫植物モウセンゴケの運動を制御する高速電気シグナルの解析

分析控制食肉植物摩洛哥运动的高速电信号

• 发表时间: 2023
• 作者: 瀬上 紹嗣; Gergo Palfalvi; 棚瀬 邦明; 松田 陸玖; Peng Chen; 須田 啓; 下村 拓史; 大井 祥子; 豊田 正嗣; 長谷部 光泰
• 通讯作者: 長谷部 光泰

Electrical and Ca2+ Signal Transductions Controlling the Tentacle Movement of the Carnivorous Plant Drosera rotundifolia

电和 Ca2 信号转导控制食肉植物圆叶茅膏菜触手运动

• 发表时间: 2023
• 作者: 加藤 翔;本山 高幸;浦本 雅一;野川 俊彦;鎌倉 高志;長田 裕之;Shoji Segami
• 通讯作者: Shoji Segami

食虫植物の活動電位を介した長距離情報伝達

食肉植物通过动作电位进行长距离信息传输

• 发表时间: 2022
• 作者: 瀬上 紹嗣;Gergo Palfalvi;陳 鵬;棚瀬 邦明;下村 拓史;松田 陸玖;須田 啓;張 列弛;大井 祥子;真野 弘明;山口 勝司;重信 秀次;豊田 正嗣;長谷部 光泰
• 通讯作者: 長谷部 光泰