新規Al耐性戦略をもつBrachiaria属の高Al親和性根分泌物質の解明

利用新型铝耐受策略阐明臂形草属高铝亲和力根分泌物质

基本信息

批准号：
17658035
负责人：
正岡淑邦
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

世界に広く分布する酸性土壌が抱えるアルミニウム(Al)障害の克服は植物生産の最も取組むべき課題の一つである。これまでの多くの蓄積をもつAl研究者の成果により近年、小麦などの耐性植物の根からAlとキレートを形成する有機酸分泌機構の分子応答解明が進んでいる。ところが多くの耐性植物が有機酸分泌という戦略で説明される一方で、小麦やイネなどの耐性植物よりもさらに強い「超」Al耐性植物種が見出され、有機酸分泌では説明のつかない新たな戦略を推測させる報告が得られている。申請者は熱帯イネ科植物のBrachiaria属(シグナルグラス、ルジグラス)に非常に強い耐性を見出したがその戦略は明らかでない。本研究はBrachiaria属の根から分泌する化合物群を発見し、その分離同定と耐性機構を蛋白レベルで解明することを目的とした。シグナルグラスはルジグラスよりもさらに耐性に優るがこれらの植物と共にAl耐性に優れるとされるエンバクをあわせて供試し、200μMのAl溶液で成育を比較したところ耐性の強い順位はシグナルグラス、ルジグラス、エンバクとなった。Brachiaria属は成育の過程で以下の特徴が認められ、これらの生理的特徴は耐性に関わると推察された。1、Brachiaria属は根のMg蓄積がストレスで促進される。CaとMgはAlストレスで根の蓄積が大きく低下するのが通説であるがBrachiaria属はMg集積が促進され、特にシグナルグラスで著しい。2、ルジグラスは根から蛍光反応を示す物質の分泌が著しく、液体クロマトグラフによる検出条件からケイヒ酸とケルセチンが含まれると推定した。これらフェノールまたはフラボノイド化合物はAlと錯体形成し易いので耐性戦略として機能すると推測した。3、次にもう一つのBrachiaria属であるシグナルグラスはルジグラスよりも強い耐性を示すが根の先端部分に特異的に発現するペプチドが数種検出され、QqTOF hybrid LC/MS/MS systemによるアミノ酸のシーケンスから、Glutamate Ammonia ligase とUDP-glucose : protein tansglucosylaseが同定された。以上より超Al耐性を示すBrachiaria属の根分泌物とペプチド発現について特異的な戦略応答が明らかになったので、今後これらの機能性解明について研究を進展させる計画である。

克服世界各地广泛分布的酸性土壤造成的铝（Al）屏障是植物生产面临的最重要挑战之一。近年来，得益于铝研究人员积累的大量经验，在阐明耐铝植物根部与铝形成螯合物的有机酸分泌机制的分子反应方面取得了进展，例如小麦。然而，虽然许多耐铝植物可以用有机酸分泌策略来解释，但已经发现了比小麦、水稻等耐铝植物还要强的“超级”耐铝植物物种，以及无法用有机酸来解释的新物种已发现的分泌物已获得提出新策略的报告。申请人发现热带草科的Brachiaria（信号草，rudigrass）具有非常强的抗性，但策略尚不明确。本研究的目的是发现一组从臂形草属根部分泌的化合物，对其进行分离和鉴定，并在蛋白质水平上阐明其耐药机制。信号草的抗性甚至比Ruji草还要强，但当我们将这些植物与据说具有出色耐铝性的燕麦一起测试，并比较它们在200 μM Al溶液中的生长时，耐受性最强的顺序是信号草，茹即草，而莜其成。在臂形属植物的生长过程中观察到以下特征，推测这些生理特征与抗性有关。 1.胁迫促进臂形草属根部镁的积累。人们普遍认为，铝胁迫会大大减少根部钙和镁的积累，但臂形草尤其是信号草中镁的积累却得到促进。 2.地毯草根部分泌大量荧光物质，根据液相色谱检测条件，推测其中含有肉桂酸和槲皮素。我们推测这些酚类或类黄酮化合物起到了抗性策略的作用，因为它们很容易与铝络合。 3.信号草，另一种臂形草属，比鲁吉草表现出更强的抗性，但检测到几种在根尖特异表达的肽，并且使用QqTOF混合LC/MS/MS系统从序列中检测到氨基酸肽。、谷氨酸氨连接酶和UDP-葡萄糖：蛋白质转葡糖基酶被鉴定。综上所述，我们揭示了具有超铝耐受性的臂形草根部分泌物和肽表达的特定策略反应，我们计划在未来推进我们的研究以阐明其功能。