傷害に誘導される植物揮発成分の生合成と生物間コミュニケーションのメカニズム

损伤诱导的植物挥发性成分生物合成机制及生物间通讯

基本信息

批准号：
04J00432
负责人：
有村源一郎
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

植物が害虫に食べられると、防御物質を誘導し身の危険を回避する。その中で植物から誘導的に放出される揮発成分は害虫の天敵を誘引し害虫の間接的駆除につながることが知られている。本研究はその揮発成分の主要化合物質であるテルペンの生産機構とシグナル伝達系の解明ならびにその生合成に関与するテルペン合成酵素の遺伝子単離と遺伝子産物の機能同定を行った。植物材料としてモデルマメ科植物であるMedicago truncatulaを用い、シロイチモジヨトウに食害されたときの揮発成分を同定した。またシグナル伝達物質の一つと考えられるエチレンの非感受性株を用い同様に揮発成分の解析を行ったところ、変異体ではいくつかのセスキテルペンとホモテルペンが野生株より少なく放出されていた。さらにテルペンの生合成に関与する遺伝子らの発現解析を行ったところ、セスキテルペン合成酵素遺伝子の発現量は変異体において低レベルで発現していた。また興味深いことは、モノテルペン合成酵素遺伝子の発現とモノテルペンの一つであるリモネンの放出量は野生株よりも変異体の方が高かった。つまりセスキテルペンとモノテルペンの生合成のエチレンによる制御は全く異なることが示唆された。さらにエチレンのジャスモン酸とのシグナル伝達系における相互作用を調べたところ、この2つのホルモンは相互的に活性化してセスキテルペン合成を誘導することが明らかになった。またエチレンは食害に伴うカルシウムの流入を阻害するが、生体膜を負極化しすることも明らかにされた。これらの現象はダイズ細胞の系においても同様に検出された。つまり、膜電位、カルシウム流入、エチレン・ジャスモン酸に関連したシグナル伝達系のクロストークは食害に応答した揮発成分合成を多方面に制御する重要な役割があることが明らかになった。

当植物被害虫食用时，它们会诱导保护性物质并避免危险。其中，已知植物引起的挥发性成分会吸引害虫的天然敌人，并导致害虫的间接灭绝。这项研究阐明了萜烯的生产机理和信号传导系统，其挥发性成分的主要化合物以及涉及其生物合成的萜烯合酶基因的分离以及基因产物功能的鉴定。作为一种植物材料，使用豆科植物的Medicago truncatula来识别日本百合的白尾百合花困扰的挥发性成分。此外，使用不敏感的乙烯菌株对挥发性成分进行了类似的分析，乙烯被认为是信号传感器之一，而在突变体中释放了几种倍半萜和同烯烯，而不是在野性菌株中释放。此外，当对参与萜烯生物合成的基因进行表达分析时，倍半萜合酶基因的表达水平在突变体中低水平表达。同样有趣的是，单一合酶基因的表达和突变体中的limonene的释放（其中一种单烯烯）高于野生菌株。换句话说，据建议，基于乙烯的倍半萜和单烯烯的生物合成的调节是完全不同的。此外，当在信号系统中研究乙烯与茉莉酸的相互作用时，发现这两种激素会相互激活并诱导倍半萜合成。还已经显示，乙烯抑制因食物损害而抑制钙的流入，但对生物膜造成负极影响。在大豆细胞系统中类似地检测到这些现象。换句话说，已经揭示了与膜电位，钙涌入和乙烯 - 茉莉酸有关的信号转导系统的串扰在许多方面响应食物损害的挥发性成分方面具有重要作用。