高等植物におけるタイプBモノガラクトシルジアシルグリセロール合成酵素の機能

B型单半乳糖基二酰基甘油合酶在高等植物中的功能

基本信息

批准号：
04J04675
负责人：
小林康一
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
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

高等植物の葉緑体では、モノガラクトシルジアシルグリセロール(MGDG)とジガラクトシルジアシルグリセロールがチラコイド膜脂質の約80%を占めており、光合成膜構築において極めて重要な脂質となっている。さらに近年、これらの糖脂質がリン欠乏時に多量に合成され、細胞膜やミトコンドリア膜に局在することでリン脂質の減少を補っていることが明らかとなった。このようなリン欠乏時に見られるリン脂質から糖脂質への転換は、植物がリン欠乏に対応するための適応機構の一つと考えられるが、その重要性はまだ良く分かっていなかった。そこで本研究では、リン欠乏応答性のtypeB MGDG合成酵素遺伝子の変異体解析を行うことで、リン欠乏時における膜脂質転換機構の重要性を明らかにすることを目的とした。T-DNA挿入変異体の探索によって、typeB MGDG合成酵素遺伝子であるMGD2,MGD3のノックアウト変異体、mgd2-1およびmgd3-1の単離に成功した。また、これらの変異体の掛け合せにより、mgd2mgd3二重変異体を得た。これらの変異体における脂質解析の結果、リン欠乏時に起こる糖脂質の増加には、特に、MGD3が重要であることが分かった。根においてその重要性は顕著であり、mgd2mgd3二重変異体ではリン欠乏によるガラクト脂質の増加がほとんど見られなかった。そこで、これらの変異体で見られたリン欠乏時の糖脂質代謝異常が、植物の生長にどのような影響を及ぼすかを調べた。その結果、mgd2mgd3二重変異体では、重量の減少、根の伸長阻害、子葉での光合成活性の減少が観察された。これらの表現型はリン欠乏時にのみ見られたことから、、MTGD2/3はリン欠乏時の糖脂質の増加に特異的に寄与していると考えられる。さらにこれらの結果は、リン欠乏時に見られる膜脂質の質的転換が実際に植物の生長に重要であることを示している。

在高等植物的叶绿体中，单半乳糖二酰甘油（MGDG）和二半乳糖二酰甘油约占类囊体膜脂质的80%，是光合膜构建中极其重要的脂质。此外，近年来，已经清楚这些糖脂在磷缺乏时大量合成，并通过定位于细胞膜和线粒体膜来补偿磷脂的减少。磷缺乏期间发生的磷脂向糖脂的转化被认为是植物应对磷缺乏的适应性机制之一，但其重要性尚未得到充分了解。因此，在本研究中，我们旨在通过分析磷饥饿反应性B型MGDG合酶基因的突变体来阐明磷饥饿期间膜脂转化机制的重要性。通过寻找T-DNA插入突变体，我们成功分离了B型MGDG合酶基因MGD2和MGD3、mgd2-1和mgd3-1的敲除突变体。此外，通过杂交这些突变体，我们获得了 mgd2mgd3 双突变体。这些突变体的脂质分析表明，MGD3 对于磷饥饿期间发生的糖脂增加特别重要。它在根中的重要性是显着的，在 mgd2mgd3 双突变体中几乎没有观察到由于缺磷而导致的半乳糖脂增加。因此，我们研究了缺磷期间这些突变体中观察到的异常糖脂代谢如何影响植物生长。结果，在mgd2mgd3双突变体中，观察到重量下降、根伸长受到抑制以及子叶的光合作用活性降低。这些表型仅在磷饥饿期间观察到，表明 MTGD2/3 特别有助于磷饥饿期间糖脂的增加。此外，这些结果表明，在磷饥饿期间观察到的膜脂的质变对于植物生长确实很重要。