植物生体膜の亜鉛輸送システムの分子機構

植物生物膜锌转运系统的分子机制

基本信息

批准号：
07J07413
负责人：
河内美樹
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、液胞膜亜鉛輸送体AtMTP1(m__-etal t__-olerance p__-rotein 1)に注目し、輸送機構と亜鉛濃度センシング機構を支える分子構造の解明、そしてAtMTP1遺伝子を欠失した植物変異株を利用した過剰亜鉛障害の機構解明の2点について研究を推進した。シロイヌナズナのAtMTP1は、液胞膜に局在し過剰亜鉛の毒性回避に重要である。そこで液胞の亜鉛輸送体を欠失した酵母変異体(亜鉛感受性株)を作製し、この酵母より液胞膜を単離し、^<65>Znを用いて膜小胞への亜鉛取込み活性を測定した。AtMTP1はZn^<2+>/H^+交換輸送体であることを初めて実証した。さらに、亜鉛選択性が高いことを明らかにした。また、細胞質側のヒスチジン残基ループ(Hisループ)を欠失した変異型AtMTP1を作製して機能を測定したところ、亜鉛輸送速度が11倍に増大していることを発見した。結論として、Hisループの意義は、細胞質に一定濃度以上の亜鉛が存在するときにのみAtMTP1は亜鉛を液胞に輸送し、細胞質亜鉛濃度の極端な低下と過剰を防ぎ、適切な濃度範囲に調節する機能を果たしている点にあるという機能モデルを提案した。さらに、AtMTP1を欠失した植物体を作製し、亜鉛耐性を詳細に検討したところ、0.5mM亜鉛により根の伸長が著しく抑制されるが、これは組織の壊死ではなく、亜鉛ホメオスタシスに関連遺伝子の発現調節により、亜鉛障害を回避していることを明らかにした。

本研究重点关注液泡膜锌转运蛋白AtMTP1（m__-etal t__-olerance p__-rotein 1），阐明了支持转运机制和锌浓度传感机制的分子结构，并开发了缺乏AtMTP1基因的植物突变体，并推动了研究。从两点来阐明使用菌株过度锌损伤的机制。拟南芥 AtMTP1 位于液泡膜中，对于避免过量锌的毒性很重要。因此，我们创建了缺乏液泡锌转运蛋白的酵母突变体(锌敏感菌株)，从该酵母分离液泡膜，并使用^ 65 Zn测试膜囊泡的锌摄取活性。我们首次证明AtMTP1是Zn^<2+>/H^+交换转运蛋白。此外，还表明锌的选择性高。此外，当他们创建了缺乏细胞质组氨酸残基环（His环）的突变体AtMTP1并测量其功能时，他们发现锌转运速率增加了11倍。综上所述，His环的意义在于，只有当细胞质中存在一定浓度的锌时，AtMTP1才会将锌转运至液泡，防止细胞质锌浓度的极端降低和过量，并将其调节在适当的范围内。我们提出了一个功能模型，该模型包括实现以下功能：此外，我们生成了AtMTP1缺失的植物并详细检查了锌耐受性。我们发现0.5mM锌显着抑制根伸长，但这不是由于组织坏死，而是由于与锌稳态相关的基因受到抑制。研究表明，通过调节表达可以避免锌损伤。