水チャネルの遺伝子発現と機能特性から見た植物多細胞系の構築

基于水通道基因表达和功能特征的植物多细胞系统构建

• 批准号: 12037206
• 负责人: 前島 正義
• 金额: $ 2.11万
• 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: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12037206/
• 关键词: 水チャネル; 液胞膜; 細胞膜; CAM植物; 水透過率

水チャネルは浸透圧差に依存した水の膜透過を促進する。水チャネルファミリーは動植物に広く分布するが、植物では細胞膜に加えて液胞膜にも存在し、分子種の数が多いのが特徴である。本研究は、多数の水チャネル分子の生理的機能と組織内での分布を明確にする目的で、ダイコンの細胞膜(PAQ)と液胞膜(VM23)の水チャネルに焦点をあて、1)各分子種の遺伝子発現、蓄積量の細胞特異性の解明、2)水ストレスへの応答、3)耐乾燥性植物への水チャネル遺伝子の導入と形質への影響の解析を目的とした。結果の概要は以下の通りである。1)水チャネルは普遍的な膜要素としてどの細胞にも均等に存在するとの推定に反して、明確な細胞特異性が明らかになった。いずれのPAQも幼根・胚軸の中心柱、肥大根の形成層、葉柄の維管束鞘にmRNAとタンパク質の蓄積が認められた。また、VM23の場合は、幼根・胚軸の中心柱、葉柄の維管束鞘に顕著な蓄積がみられ、肥大根では柔組織全体に分布していることが明らかとなった。いずれも成長の盛んな細胞、維管束周辺などの水透過量の多い細胞であり、生理的合目的性に合うと判断した。2)ダイコン実生に0.3Mのマニトールで浸透圧ストレスを与えると、PAQの数種の発現量は2,3時間後に一過的に上昇し、やがて減少した。したがって高浸透圧ストレス初期には水チャネルを増やし、長期的ストレスには水チャネルの発現を抑えて水の細胞外への流出を抑制しているものと推定した。3)CAM植物カランコエへの水チャネル導入に成功し、現在、性質を解析中である。

水通道根据渗透压差促进水的膜渗透。水通道家族在动物和植物中广泛分布，但植物的特点是除细胞膜外还存在于液泡膜中，且分子种类较多。本研究以萝卜细胞膜（PAQ）和液泡膜（VM23）中的水通道为研究对象，旨在阐明多种水通道分子的生理功能和组织内分布。基因表达的细胞特异性和分子种类的积累，2）对水分胁迫的响应，3）将水通道基因引入耐旱植物并分析其对性状的影响。结果总结如下。 1）与水通道是所有细胞中平等存在的通用膜元件的假设相反，明确的细胞特异性已被揭示。对于所有 PAQ，在胚根和下胚轴的中心柱、肥大根的形成层以及叶柄的维管鞘中观察到 mRNA 和蛋白质的积累。另外，在VM23的情况下，在胚根和下胚轴的中央柱以及叶柄的维管鞘中观察到显着的蓄积，并且在肥大的根中，表明其分布在整个薄壁组织中。它们都是生长活跃、维管束周围有大量水分渗透的细胞，被判断为适合生理目的。 2)当萝卜幼苗受到0.3M甘露醇渗透胁迫时，几个PAQ物种的表达量在几个小时后短暂增加，然后下降。因此，推测在高渗应激的早期阶段，水通道的数量增加，而在长期应激期间，水通道的表达受到抑制，从而抑制水流出细胞。 3）我们已成功将水通道引入CAM植物长寿花中，目前正在分析其特性。

项目成果

Maeshima,M.: "Tonoplast transporters : organization and function."Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 52(印刷中). 469-497 (2001)

Maeshima, M.：“液泡膜转运蛋白：组织和功能”。《植物生理学和植物分子生物学年鉴》52（出版中）469-497（2001 年）。

Hara-Nishimura,I.: "Vacuolar processing enzymes and aquaporins."Annual Plant Reviews. 5. 20-42 (2001)

Hara-Nishimura,I.：“液泡加工酶和水通道蛋白。”年度植物评论。

Ueoka-Nakanishi,H.: "Functional expression of mung bean Ca^<2+>/H^+ antiporter in yeast and its intracellular localization in the hypocotyl and tobacco cells."European Journal of Biochemistry. 267. 3090-3098 (2000)

Ueoka-Nakanishi，H.：“绿豆Ca^2/H^逆向转运蛋白在酵母中的功能表达及其在下胚轴和烟草细胞中的细胞内定位。”欧洲生物化学杂志。

Kawamura,Y.: "Tissue specificity of E subunit isoforms of plant vacuolar H^+-ATPase and existence of isotype enzymes."Journal of Biological Chemistry. 275. 6515-6522 (2000)

Kawamura,Y.：“植物液泡H^-ATP酶E亚基亚型的组织特异性和同种型酶的存在。”生物化学杂志。

Nakanishi,Y.: "Mutagenic analysis of functional residues in putative substrate binding site and acidic domains of vacuolar H^+-pyrophosphatase."Journal of Biological Chemistry. 276(印刷中). (2001)

Nakanishi, Y.：“液泡 H^+-焦磷酸酶的假定底物结合位点和酸性结构域中的功能残基的诱变分析。”生物化学杂志 276（出版中）。