アルミニウムイオンによる根の伸長阻害のターゲット部位の特定

铝离子抑制根伸长的靶位点的鉴定

基本信息

批准号：
11760041
负责人：
横田聡
金额：
$ 0.13万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11760041/
关键词：
アルミニウム酸性土壌根細胞壁

项目摘要

本研究では、酸性土壌の主要ストレス因子であるアルミニウムイオンの毒性による根の伸長阻害のターゲット部位を細胞レベルで明らかにすることを目的としている。アルミニウムイオンは細胞壁に高い親和性を有し、細胞の吸水成長を阻害すると考えられているが明確な証拠はない。いっぽう、アルミニウムイオンは細胞内には透過しにくく、細胞内の生理機能へ与える影響は比較的少ないとされている。そこで、細胞の伸長が阻害されている細胞での細胞内の生理的状態を調べる目的で、個々の細胞レベルで生理活性をモニタリングできる蛍光プローブを細胞にロードして観察を行った。その結果、細胞の伸長がほぼ停止した段階でも、細胞のバイアビリティは保持されており、アルミニウムイオンははじめに細胞の外側に作用して細胞壁の伸長などを阻害することが示唆された。さらにミトコンドリア活性をモニタリングできる蛍光プローブを用いた観察では、バイアビリティの低下以前に、ミトコンドリアの分極度合いが低下することが見出された。このことはアルミニウムイオンが細胞内に侵入して引き起こされたものか、あるいは細胞表面からのシグナル伝達などによって制御されているものである可能性も示している。また、X線分析により細胞表面の元素分布を調べた結果、アルミニウムの集積とともにカルシウム含量の著しい低下が観察された。これは細胞壁に多量に含まれるカルシウムがアルミニウムによって置換された結果と考えられた。以上のように、本研究ではアルミニウムイオンのターゲット部位は細胞の内外に複数存在し、同時多発的に阻害を受けている可能性が示された。

本研究的目的是在细胞水平上阐明由于铝离子的毒性（酸性土壤中的主要胁迫因素）而抑制根伸长的目标位点。铝离子对细胞壁有很高的亲和力，被认为会因吸水而抑制细胞生长，但没有明确的证据。另一方面，铝离子不易渗透到细胞内，对细胞内生理功能的影响相对较小。因此，为了研究伸长受到抑制的细胞的细胞内生理状态，他们在细胞中装载可以监测个体细胞水平生理活动的荧光探针并进行观察。结果表明，即使细胞几乎停止伸长，细胞活力仍得以维持，这表明铝离子首先作用于细胞外部并抑制细胞壁伸长。此外，使用可以监测线粒体活性的荧光探针进行的观察表明，线粒体极化程度在活力降低之前就会降低。这表明它可能是由铝离子进入细胞引起的，也可能是受到细胞表面信号传递的调节。此外，使用X射线分析检查细胞表面的元素分布，结果发现钙含量随着铝的积累而显着减少。这被认为是铝取代了细胞壁中含有的大量钙的结果。如上所述，本研究表明，细胞内外存在多个铝离子的靶位点，并且铝离子可能同时被多次抑制。