植物においてアルミニウムが液胞を介して誘発するプログラム細胞死の分子機構

铝通过液泡诱导植物程序性细胞死亡的分子机制

基本信息

批准号：
16K14872
负责人：
山本洋子
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アルミニウムイオン（Al）による細胞毒性は、増殖の盛んな細胞にみられ、根においては先端の分裂・伸長域において細胞死を誘発する。Alによる細胞死誘発機構の解明を目的に、3つの遺伝子、VPE（液胞プロセシング酵素）遺伝子、N（ウイルス抵抗性）遺伝子、NtSUT1（スクロース輸送体）遺伝子に着目し、タバコ植物体ならびに培養細胞を用いて解析した。タバコ培養細胞を用いて作出したVPE遺伝子の発現抑制（RNAi）系統と野生系統との比較解析から、VPE1遺伝子がAlによる細胞死の実行因子であることを見いだした。N遺伝子は、タバコがタバコモザイクウイルスに感染した際にVPE遺伝子に依存した過敏感細胞死の誘発に必要であることから、Alによる細胞死誘発における関与について、N遺伝子を持つタバコ系統と持たない系統を用いて比較解析をしたが、Alによる細胞死の誘発ならびにVPE遺伝子の発現誘導の程度に差はみられず、N遺伝子の関与は否定された。細胞の増殖に必要な炭素源のスクロースは、細胞膜に局在するNtSUT1を介して取り込まれ、液胞に蓄積されて浸透圧調節物質として細胞伸長にも寄与することから、タバコ植物体を用いてNtSUT1遺伝子の過剰発現系統ならびに発現抑制系統を作出し野生系統とともに根伸長への影響を比較した。通常の栽培条件では、根端で発現するNtSUT1遺伝子の発現量が多いほど根端の遊離糖含量が増加し根伸長が促進された。同様に、Al処理においても、NtSUT1遺伝子の発現量が多いほどAlによる根の伸長阻害ならびに細胞死が緩和された。以上の結果より、液胞に局在するプロテアーゼVPE1が、Alによる細胞死の実行因子であること、根端で発現する細胞膜局在のNtSUT1が、細胞伸長を正に調節する因子であるとともに、Alによる細胞死や細胞伸長阻害に対する抑制因子でもあることを初めて明らかにした。

在活跃增殖的细胞中观察到铝离子 (Al) 引起的细胞毒性，在根部，它会诱导尖端分裂和伸长区的细胞死亡。为了阐明铝诱导的细胞死亡的机制，我们重点分析了三个基因：VPE（液泡加工酶）基因、N（病毒抗性）基因和NtSUT1（蔗糖转运蛋白）基因。通过对使用培养烟草细胞创建的VPE基因表达抑制（RNAi）系和野生系的比较分析，我们发现VPE1基因是铝诱导细胞死亡的一个因素。由于当烟草感染烟草花叶病毒时，N基因是诱导依赖于VPE基因的过敏性细胞死亡所必需的，因此携带N基因的烟草品系不参与比较A1诱导的细胞死亡。使用不同菌株进行分析，但Al诱导细胞死亡的程度和VPE基因表达没有观察到差异，排除了N基因的参与。蔗糖是细胞生长必需的碳源，通过位于细胞膜上的 NtSUT1 吸收，在液泡中积累，并作为渗透压调节剂促进细胞伸长。我们创建了 NtSUT1 基因的过表达和抑制系，并比较了它们。野生菌株对根伸长的影响。正常栽培条件下，根尖NtSUT1基因表达量越高，根尖游离糖含量增加越多，促进根伸长。同样，在Al处理中，NtSUT1基因的表达水平越高，Al诱导的根伸长和细胞死亡的抑制就越减轻。由以上结果可知，定位于液泡的蛋白酶VPE1是铝诱导的细胞死亡的一个因子，定位于根尖的质膜NtSUT1是正向调节细胞伸长的因子。它也是铝诱导的细胞死亡和细胞伸长抑制的抑制因子。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Overexpression of the sucrose transporter gene NtSUT1 alleviates aluminum-induced inhibition of root elongation in tobacco (Nicotiana tabacum L.)

DOI：
10.1080/00380768.2017.1283646
发表时间：
2017-01
期刊：
Soil Science and Plant Nutrition
影响因子：
2
作者：
Koki Kariya;M. Sameeullah;Takayuki Sasaki;Yoko Yamamoto
通讯作者：
Koki Kariya;M. Sameeullah;Takayuki Sasaki;Yoko Yamamoto

アルミニウム耐性タバコ培養細胞におけるミトコンドリア電子伝達系の解析

耐铝烟草培养细胞线粒体电子传递链分析

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takeshi Adachi;Keigo Nagahama and Susumu Izumi;Yoko Yamamoto・Yoshiyuki Tsuchiya・Takayuki Sasaki;Koki Kariya・Takayuki Sasaki・Yoko Yamamoto;土屋善幸・苅谷耕輝・佐々木孝行・山本洋子
通讯作者：
土屋善幸・苅谷耕輝・佐々木孝行・山本洋子

Avoidance mechanism of ROS production under aluminum stress in plant cells

铝胁迫下植物细胞ROS产生的避免机制

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takeshi Adachi;Keigo Nagahama and Susumu Izumi;Yoko Yamamoto・Yoshiyuki Tsuchiya・Takayuki Sasaki
通讯作者：
Yoko Yamamoto・Yoshiyuki Tsuchiya・Takayuki Sasaki

アルミニウムストレス下の植物におけるエネルギー代謝変換に基づく活性酸素種生成の回避

铝胁迫下植物基于能量代谢转化避免活性氧的产生

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Koki Kariya;Muhammad Sameeullah;Takayuki Sasaki and Yoko Yamamoto;苅谷耕輝・佐々木孝行・山本洋子;Yoko Yamamoto・Yoshiyuki Tsuchiya・Takayuki Sasaki;Koki Kariya・Takayuki Sasaki・Yoko Yamamoto;Takayuki Sasaki・Yoshiyuki Tsuchiya・Michiyo Ariyoshi・Peter R. Ryan・Yoko Yamamoto;山本洋子・土屋善幸・佐々木孝行
通讯作者：
山本洋子・土屋善幸・佐々木孝行

A new mechanism of aluminium-induced cell death involving vacuolar processing enzyme in both cultured-cell and root systems of tobacco

铝诱导烟草细胞死亡的新机制，涉及烟草培养细胞和根系统中的液泡加工酶

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takeshi Adachi;Keigo Nagahama and Susumu Izumi;Yoko Yamamoto・Yoshiyuki Tsuchiya・Takayuki Sasaki;Koki Kariya・Takayuki Sasaki・Yoko Yamamoto
通讯作者：
Koki Kariya・Takayuki Sasaki・Yoko Yamamoto