器官形成、細胞成長過程での液胞機能の分子制御機構

器官形成和细胞生长过程中液泡功能的分子控制机制

• 批准号: 08262209
• 负责人: 前島 正義
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Nagoya 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: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08262209/
• 关键词: 器官特異性; 液胞膜; 水チャネル; カルシウムイオン膜輸送

本重点領域研究「植物器官プラン」に関連し、植物液胞膜の物質輸送システムの中で、特に水チャネル、およびCa^<2+>能動輸送系の機能、構造を明らかにした。高純度の液胞膜を多量に得ることのできるダイコンを材料とし、水チャネル類分子VM23のcDNAを解析した。γ-VM23(253アミノ酸)とδ-VM23(248アミノ酸)のcDNAを得て解析した。2つのmRNAをツメガエル卵に注入して水チャネル機能を測定し、2つが水チャネル機能を持つことを明らかにした(共同研究:生理学研究所岡田泰伸教授、森島繁博士)。すなわち、2つのmRNAの卵への注入により水透過率が著しく上昇した。γとδ-VM23は、いずれも水チャネルファミリー固有のAsn-Pro-Alaモチーフをもち、両者の一次構造の60%が一致した。器官別の発現をみると、γ-VM23は根、茎、葉で発現していたが、δ-VM23のmRNAは根には検出できなかった。植物の地上・地下部で水チャネルの発現調節が異なる可能性がある。さらに、ダイコンの細胞質膜水チャネルもcDNAを得た。細胞質膜分子(PAQ1)はアミノ酸286個からなり、液胞型よりもN端側部分が30数残基長い。液胞のγ-、δ-VM23とは38%のアミノ酸が一致するのみであった。細胞質膜水チャネルは多量には存在せず、生理的な変動も著しいと推定される。植物細胞の主要な細胞内Ca^<2+>プールは液胞である。ヤエナリ液胞膜には、液胞へのCa^<2+>能動輸送装置としてCa^<2+>-ATPaseとCa^<2+>/H^+対向輸送体の2つがあることを示し、酵素学的性質を明らかにした。液胞膜Ca^<2+>-ATPaseはATPのみを基質とし低Ca^<2+>条件で高い活性を発揮する。一方、Ca^<2+>/H^+対向輸送体は10μM以上で高い活性を示す。生理的な細胞質Ca^<2+>濃度を考慮すると、Ca^<2+>-ATPaseが主要なCa^<2+>輸送体として機能し、対向輸送体は細胞質Ca2+を1μM以下に維持する役割を担っていると考えられる。

在“植物器官计划”这一优先领域研究中，我们阐明了植物液泡膜物质运输系统中的水通道和Ca^2+主动运输系统的功能和结构。我们利用日本萝卜分析了水通道分子 VM23 的 cDNA，这种分子可以产生大量高纯度的液泡膜。获得并分析了γ-VM23（253个氨基酸）和δ-VM23（248个氨基酸）的cDNA。我们将两种mRNA注射到爪蟾卵中并测量其水通道功能，发现这两种mRNA具有水通道功能（合作研究：国立生理科学研究所冈田康信教授、森岛茂博士）。也就是说，将两种 mRNA 注射到鸡蛋中显着增加了水的渗透性。 γ和δ-VM23都具有水通道家族特有的Asn-Pro-Ala基序，并且它们的一级结构有60%相同。从器官表达情况来看，γ-VM23在根、茎、叶中均有表达，而δ-VM23 mRNA在根中未检测到。植物地上部分和地下部分的水通道表达调节可能不同。此外，我们还获得了萝卜细胞质膜水通道的cDNA。细胞质膜分子（PAQ1）由286个氨基酸组成，N端部分比液泡型长约30个残基。只有 38% 的氨基酸与液泡的 γ- 和 δ-VM23 相同。细胞质膜水通道并不大量存在，并且推测生理波动是显着的。植物细胞中主要的细胞内Ca 2+ 库是液泡。我们发现，在 A 的液泡膜中，有两个 Ca^<2+> 进入液泡的主动转运蛋白：Ca^<2+-ATPase 和 Ca^<2+>/H^+ 逆向转运蛋白。酶学性质。液泡膜Ca 2+ -ATP酶仅使用ATP作为底物并且在低Ca 2+ 条件下表现出高活性。另一方面，Ca ^ 2+ /H ^+ 逆向转运蛋白在10μM或更高时显示出高活性。考虑到生理细胞溶质Ca^<2+>浓度，Ca^<2+-ATPase发挥主要Ca^<2+>转运蛋白的作用，并且反向转运蛋白将细胞溶质Ca2+维持在1μM以下，据认为它们发挥了作用。

项目成果

Higuchi,T.: "Complete nucleotide sequence of a cDNA for an intrinsic protein in vacular membranes from radish (Raphanus sativus) roots (PGR96-045)" Plant Physiology. 111. 947 (1996)

Higuchi,T.：“萝卜（Raphanus sativus）根的血管膜内含蛋白的 cDNA 的完整核苷酸序列（PGR96-045）”植物生理学。

前島正義: "直物細胞における液胞機能のダイナミクス" 遺伝. 50. 45-49 (1996)

Masayoshi Maejima：“直接细胞中液泡功能的动力学”遗传学 50. 45-49 (1996)。

Maeshima,M.: "Proton pumps of vacuolar membrane in growing plant cell." Journal of Plant Research. 109. 119-125 (1996)

Maeshima,M.：“生长植物细胞中液泡膜的质子泵。”

Matsumoto,H.: "Response of the plant root to aluminium stress : analysis of the inhibiton of the root elongation and changes in membrane function." Journal of Plant Research. 109. 99-105 (1996)

Matsumoto,H.：“植物根部对铝胁迫的响应：根伸长抑制和膜功能变化的分析。”

Fleurat-Lessard,P.: "Highly increased expression of vacuolar aquaporin and H^+-ATPase related to motor cell function in Mimosa pudicaL." Plant Physiology. (in press). (1997)

Fleurat-Lessard,P.：“含羞草中与运动细胞功能相关的液泡水通道蛋白和 H+-ATP 酶的表达高度增加。”