高等植物の温度適応におけるw-3脂肪酸不飽和化酵素の役割とその発現制御機構

W-3脂肪酸去饱和酶在高等植物温度适应中的作用及其表达调控机制

基本信息

批准号：
07251214
负责人：
射場厚
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

シロイヌナズナの野生株を26℃で生育させると、3種のω-3脂肪酸不飽和化酵素遺伝子(FAD3, FAD7, FAD8)のうち、小胞体局在型FAD3と葉緑体局在型FAD7の2つ遺伝子が発現する。また、fad7株においては、FAD3のみが発現する。よって、この温度で生育したfad7株の葉組織の18:3はおもにFAD3不飽和化酵素によって生成されたものであり、野生株とfad7株のトリエン脂肪酸含量の差はFAD7不飽和化酵素によって生成された部分に相当すると考えられる。26℃において、野生株では葉の成熟に伴いトリエン脂肪酸含量が増加したのに対し、fad7株では逆に減少した。一方、15℃では、野生株では3つの遺伝子すべてが、またFAD7株ではFAD3とFAD8の2つが発現する。この生育条件では、野生株、fad7株ともに、葉の成熟に伴いトリエン脂肪酸含量が増加した。この結果は、葉の成熟に伴うトリエン脂肪酸の増加には葉緑体局在型ω-3脂肪酸不飽和化酵素遺伝子の発現が必要であることを示している。また、コムギから小胞体局在型(TaFAD3)および葉緑体局在型(TaFAD7)ω-3脂肪酸不飽和化酵素遺伝子をクローニングし、それらをプローブに用いて、葉および根の細胞の加齢に伴う遺伝子の発現パターンについて解析した。TaFAD7はコムギの葉組織で発現が見られたが、葉細胞の加齢によらず、そのmRNAレベルはほぼ一定であることが分かった。このことは、細胞の加齢に伴う18:3の増加は、遺伝子の転写後の調節によることを示唆している。一方、TaFAD3mRNAは、両組織において分裂組織を含む領域で著しく蓄積し、その後細胞の加齢に伴い減少した。葉緑体膜系以外の生体膜に多く含まれるリン脂質分子種の18:3の割合は、根組織では細胞の加齢に伴い低下し、TaFAD3遺伝子の発現量との相関が認められた。ところが、葉の組織ではTaFAD3遺伝子の発現量が低下しても、逆にリン脂質分子の18:3の割合は細胞の加齢に伴い増加した。このことから、葉緑体から他の生体膜への18:3の輸送が行われていることが示唆された。以上の結果は、細胞の加齢に伴う葉緑体以外の生体膜の18:3の含量の調節には、葉組織では葉緑体局在型、根組織では小胞体局在型ω-3脂肪酸不飽和化酵素遺伝子の発現が主要な役割を担っていることを示している。

当拟南芥野生型菌株在26°C生长时，三个ω-3脂肪酸去饱和酶基因（FAD3、FAD7、FAD8）中的两个、定位于内质网的FAD3和定位于叶绿体的FAD7这两个基因被表达。此外，fad7菌株中仅表达FAD3。因此，在此温度下生长的fad7菌株叶组织中的18:3主要由FAD3去饱和酶产生，野生型与fad7菌株之间三烯脂肪酸含量的差异是由于FAD7去饱和酶产生的据认为，这对应于的部分。在 26°C 下，野生型中三烯脂肪酸含量随着叶片成熟而增加，而 fad7 菌株中三烯脂肪酸含量则减少。另一方面，在 15°C 时，所有三个基因在野生型菌株中表达，并且 FAD3 和 FAD8 这两个基因在 FAD7 菌株中表达。在这些生长条件下，野生型和 fad7 菌株中的三烯脂肪酸含量随着叶片成熟而增加。这些结果表明，叶绿体定位的 ω-3 脂肪酸去饱和酶基因的表达是三烯脂肪酸随着叶子成熟而增加所必需的。此外，我们从小麦中克隆了内质网定位（TaFAD3）和叶绿体定位（TaFAD7）ω-3脂肪酸去饱和酶基因，并用它们作为探针来研究叶和根细胞的衰老，并分析了相关的基因表达模式。有了这个。尽管在小麦叶组织中观察到 TaFAD7 的表达，但发现无论叶细胞的年龄如何，其 mRNA 水平几乎恒定。这表明随着细胞年龄的增长，18:3 的增加是由于该基因的转录后调控。另一方面，TaFAD3 mRNA在两种组织中含有分生组织的区域显着积累，然后随着细胞老化而减少。叶绿体膜系统以外的生物膜中丰富的磷脂分子种类的18:3比例随着根组织中细胞老化而降低，并且观察到与TaFAD3基因的表达水平相关。然而，在叶组织中，尽管TaFAD3基因表达量下降，但磷脂分子的18:3比例随着细胞衰老而增加。这表明 18:3 从叶绿体转运到其他生物膜。上述结果表明，叶组织中叶绿体定位的ω-3和根组织中内质网定位的ω-3负责随着细胞老化调节叶绿体以外的生物膜中18:3的含量。去饱和酶基因表达起着重要作用。