土壌環境条件から根毛形態制御に至るシグナル伝達機構

从土壤环境条件到控制根毛形态的信号转导机制

基本信息

批准号：
20053010
负责人：
青山卓史
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyoto 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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

PIP5K3は、シロイヌナズナにおいてホスファチジルイノシトール-4,5-ニリン酸を生成する酵素であるホスファチジルイノシトール4リン酸5キナーゼ(PIP5K)をコードする遺伝子の一つである。これまでの研究の結果、PIP5K3は根毛の伸長を正に制御することが判明している。今回、根における転写レベルでの発現が確認されたPIP5K2およびPIP5K4についても根毛伸長への関わりが解析された。まず、それらの遺伝子のプロモーター活性をGUSレポーター遺伝子により組織化学的に調べた結果、PIP5K4のプロモーターはPIP5K3のプロモーターと同様に根毛細胞列に選択的な活性が見られた。また、PIP5K2のプロモーターは根の表皮細胞で一様な弱い活性を示した。つぎにそれぞれのT-DNA挿入変異体を用い、根毛伸長についての遺伝学的な解析を行った。その結果、pip5k2、pip5k4ともに野生型株に比べて有意に根毛が短い表現型を示した。さらに、pip5k2pip5k3およびpip5k3pip5k4二重変異体ではpip5k3よりも激しい根毛伸長の抑制が見られた。このことはPIP5K2、PIP5K3およびPIP5K4が根毛伸長において重複的な機能を有することを示している。PLDζ2は、シロイヌナズナにおいてホスファチジン酸を生成する酵素であるボスホリパーゼD(PLD)をコードする遺伝子の一つであり、リン酸欠乏およびオーキシン処理によって転写レベルで発現の促進を受ける。PLDζ2の新たな生物学的機能を調べるために、PLDζ2プロモーターの詳しい組織化学的解析を行なった。その結果、通常生育条件下での根における主な発現組織は側方根冠細胞であること、その発現は乾燥処理、およびABAの添加により上昇することが明らかとなった。つぎに根冠における遺伝子機能の解析を行なった結果、変異体では重力屈性に対するABAの抑制効果が失われること、および根の水分屈性応答が遅延することが明らかになった。これらのことから、根端における乾燥ストレスがABAを介して根冠におけるPLDζ2の発現を上昇させ、その遺伝子機能として、重力屈性応答を抑制するとともに水分屈性応答を促進することが示唆された。

PIP5K3 是编码磷脂酰肌醇 4-磷酸 5-激酶 (PIP5K) 的基因之一，PIP5K 是拟南芥中产生磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸的酶。先前的研究表明，PIP5K3 正向调节根毛伸长。在本研究中，还分析了已被证实在根中转录水平表达的PIP5K2和PIP5K4是否参与根毛伸长。首先，使用 GUS 报告基因对这些基因的启动子活性进行组织化学检查。结果发现，PIP5K4 的启动子与 PIP5K3 的启动子一样，在根毛细胞行中具有选择性活性。此外，PIP5K2启动子在根表皮细胞中表现出均匀的弱活性。接下来，我们使用每个 T-DNA 插入突变体对根毛伸长进行了遗传分析。结果，pip5k2和pip5k4都表现出比野生型菌株显着更短的根毛表型。此外，pip5k2pip5k3和pip5k3pip5k4双突变体比pip5k3表现出更严重的根毛伸长抑制。这表明PIP5K2、PIP5K3和PIP5K4在根毛伸长中具有冗余功能。 PLDδ2 是编码脂酶 D (PLD) 的基因之一，PLD 是拟南芥中产生磷脂酸的酶，磷酸盐饥饿和生长素处理可在转录水平促进其表达。为了研究 PLD z2 的新生物学功能，我们对 PLD z2 启动子进行了详细的组织化学分析。结果表明，正常生长条件下根部的主要表达组织是侧根冠细胞，其表达量随着干燥处理和ABA的添加而增加。接下来，我们分析了根冠中的基因功能，发现ABA对向地性的抑制作用在突变体中消失，并且根的向水性反应被延迟。这些结果表明，根尖的干旱胁迫通过ABA增加了根冠中PLDδ2的表达，并且其基因功能抑制了向地反应并促进了向水反应。