植物の組織分化と細胞成長を生体膜物質輸送系と水チャネル分子から解析する

从生物膜运输系统和水通道分子分析植物组织分化和细胞生长

• 批准号: 10182212
• 负责人: 前島 正義
• 金额: $ 2.05万
• 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 (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10182212/
• 关键词: 細胞成長; 水チャネル; 細胞膜; 液胞膜; 維管束; cDNA; H^+-ピロホスファターゼ

水チャネル分子を通して植物組織の分化、生長を解析することを研究の目的とした。水チャネルは多細胞で構築された組織の中の水の流れの方向、量を規定する重要な要素と考えた。本研究では、ダイコンから液胞膜型(γ-,δ-VM23)、細胞膜型(PAQ1,1b,1c,2,2b,2c)の8種の水チャネルcDNAを得て解析した結果、次の知見を得た。(1)細胞膜型は液胞膜型よりもN端側が20-30残基長く、一次構造上の相同性は低い。(2)いずれの水チャネルもダイコン実生の胚軸、生長中の根・葉などでmRNAが多く蓄積しており、細胞の生長時に活発に合成されていた。これ以外の組織においては、各分子種は独自の発現パターンを示し、個別に発現が調節されているものと推定された。(3)特に液胞膜水チャネルは量が多く、最も多い場合液胞膜タンパク質の40%を占める。その60%以上はγ-VM23であること、さらにダイコンの細胞膜では約10%に達することが明らかになった。これらの結果から、生長期の細胞、維管束周辺の細胞および塊根での水チャネル遺伝子の発現が活発であると結論づけられる。より詳細には、個々の細胞レベルでmRNAと水チャネルタンパク質の蓄積量を分析する必要がある。さらに水チャネルの細胞膜、液胞膜への局在化機構の解明を目的に、greenfluorescent protein(GFP)と水チャネル分子の融合タンパク質をタバコ培養細胞BY-2で発現させることを試みた。いずれの水チャネル分子も目的の膜に局在することを確認できた。本研究により、水チャネル分子を通して植物の成長、組織分化、水生理現象を、今後さらに解明していくための基礎的知見と実験系が整った。液胞膜のH^+-pyrophosphataseとCa^<2+>/H^+antiporterについても細胞生長、細胞分化の視点での検討を進めている。

本研究的目的是通过水通道分子分析植物组织的分化和生长。我们认为水通道是调节多细胞组织中水流方向和水量的重要元素。在本研究中，我们从日本萝卜中获得并分析了八种类型的水通道cDNA：液泡膜型（γ-、δ-VM23）和细胞膜型（PAQ1、1b、1c、2、2b、2c）。 。 (1)质膜型的N端侧比液泡膜型的N端长20-30个残基，一级结构的同源性较低。 (2)在两个水通道中，萝卜幼苗的下胚轴、生长中的根和叶片中积累了大量的mRNA，并在细胞生长过程中积极合成。在其他组织中，每种分子种类都显示出自己的表达模式，并且假设表达是单独调节的。 (3)液泡膜水通道特别丰富，占液泡膜蛋白的40%。结果表明，其中60%以上是γ-VM23，在萝卜的细胞膜中达到约10%。从这些结果可以得出结论，水通道基因在生长期的细胞、维管束周围的细胞和块根中活跃表达。更具体地说，有必要在单个细胞水平上分析累积的 mRNA 和水通道蛋白的量。此外，为了阐明水通道在细胞膜和液泡膜上的定位机制，我们尝试在培养的烟草细胞BY-2中表达绿色荧光蛋白（GFP）和水通道分子的融合蛋白。证实所有水通道分子都位于目标膜中。通过这项研究，我们建立了通过水通道分子进一步阐明植物生长、组织分化和水生理现象的基础知识和实验体系。我们还从细胞生长和分化的角度研究了液泡膜中的H^+-焦磷酸酶和Ca^2+/H^+逆向转运蛋白。

项目成果

Nakanishi,Y.: "Molecular cloning and sequencing of the cDNA for vacuolar H^+-pyrophosphatase from Chara corallina." Biochimica et Biophysica Acta. (印刷中). (1999)

Nakanishi, Y.：“来自珊瑚藻的液泡 H^+-焦磷酸酶的 cDNA 的分子克隆和测序”（Biochimica et Biophysical Acta）（1999 年出版）。

Smart,L.B.: "Genes involved in osmoregulation during turgor-driven cell expansion of developing cotton fibers are differentially regulated." Plant Physiology. 116. 1539-1549 (1998)

Smart，L.B.：“在发育中的棉纤维的膨压驱动的细胞扩张过程中，参与渗透调节的基因受到不同的调节。”

Higuchi,T.: "Molecular cloning,water channel activity and tissue specific expression of two isoforms of radish vacuolar aquaporin." Plant & Cell Physiology. 39. 905-913 (1998)

Higuchi,T.：“萝卜液泡水通道蛋白两种异构体的分子克隆、水通道活性和组织特异性表达。”

Maeshima,M.: "Cycloprodigiosin uncouples H^+-pyrophosphatase of plant vacuolar membrane in the presence of chloride ion." Plant & Cell Physiology. (印刷中). (1999)

Maeshima, M.：“在氯离子存在下，环菌红解偶联植物液泡膜的 H+-焦磷酸酶。”（植物与细胞生理学）（1999 年出版）。

Kasai,M.: "The activity of the root vacuolar H^+-pyrophosphatase in rye plants grown under deficient conditions of mineral nutrients." Plant & Cell Physiology. 39. 890-894 (1998)

Kasai,M.：“在缺乏矿质营养素的条件下生长的黑麦植物中根液泡H^-焦磷酸酶的活性。”