植物スフィンゴ脂質代謝酵素の機能同定と分子育種への利用

植物鞘脂代谢酶的功能鉴定及其在分子育种中的应用

• 批准号: 12J10084
• 负责人: 石川 寿樹
• 金额: $ 2.32万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J10084/
• 关键词: スフィンゴリピドミクス; LC-MS/MS; 長鎖塩基不飽和化; イネ; シロイヌナズナ; スフィンゴ糖脂質; 酸化ストレス耐性; 低温ストレス耐性

植物のスフィンゴ脂質には親水性糖鎖構造の異なる複数のクラスが存在し、さらにセラミド骨格の不飽和化及び水酸化に起因する構造多様性により、少なくとも数百種に及ぶ分子種が存在する。植物スフィンゴ脂質が担う役割とその制御機構を分子レベルで解明するためには、このような多様な分子種を生み出す代謝系全体を包括的に理解することが必要である。昨年度までに確立した、植物のスフィンゴ脂質分子種を網羅的に定量解析するスフィンゴリピドミクスの手法を用い、本年度はさらにスフィンゴ脂質とストレス耐性との関連性を追求した。はじめに、低温ストレスに高い感受性を示すスフィンゴ脂質不飽和化酵素SLD変異体および細胞死抑制因子BI-1欠損シロイヌナズナの低温応答とストレス耐性におけるスフィンゴ脂質代謝動態の解析により、低温に曝されたシロイヌナズナでは、長鎖塩基不飽和化を中心としたスフィンゴ糖脂質合成系の体系的な制御によるスフィンゴリピドーム再構成が起こり、それがシロイヌナズナの長期低温ストレス耐性に寄与することを明らかにした。さらにスフィンゴ脂質代謝改変イネの脂質プロファイリングにより、長鎖塩基Δ4位及びΔ8位の不飽和化が、イネスフィンゴ糖脂質生合成系においてそれぞれ異なる様式で律速段階となっていることを明らかにした。このうち特にΔ4不飽和化酵素はBI-1と物理的・機能的に相互作用しており、過剰発現させることによりイネの酸化ストレス耐性が向上することを見出した。また本手法を膜脂質に拡張し、これまで解析が困難であった微量膜画分の脂質組成決定を容易に行うことができるようになった。以上の成果は、ストレス下における植物のスフィンゴ脂質代謝応答を分子レベルで初めて説明するものであり、今後の分子育種利用におけるスフィンゴ脂質代謝改変の有用性を期待させるものである。

具有不同亲水性糖链结构的植物鞘脂有多类，由于神经酰胺骨架的不饱和和羟基化造成的结构多样性，至少有数百种分子种类。为了在分子水平上阐明植物鞘脂的作用及其调节机制，有必要全面了解产生如此多样化分子种类的整个代谢系统。利用去年建立的鞘脂组学方法来全面定量分析植物中的鞘脂分子种类，今年我们进一步探究了鞘脂与抗逆性之间的关系。首先，我们分析了对冷胁迫高度敏感的鞘脂去饱和酶SLD突变体和细胞死亡抑制剂BI-1缺陷的拟南芥植物的冷响应和胁迫耐受性中的鞘脂代谢动态。我们发现拟南芥通过系统控制以长链碱基不饱和度为中心的鞘糖脂合成系统发生鞘脂组重组，这有助于拟南芥的长期低温胁迫耐受性。此外，对鞘脂代谢改变的水稻植物的脂质分析表明，长链碱基Δ4和Δ8的不饱和度以不同的方式成为水稻鞘糖脂生物合成系统中的限速步骤。其中，Δ4去饱和酶尤其与BI-1在物理和功能上相互作用，我们发现Δ4去饱和酶的过度表达提高了水稻的氧化应激耐受性。此外，通过将该方法扩展到膜脂质，可以轻松确定迄今为止难以分析的微量膜组分的脂质组成。上述结果首次从分子水平解释了植物在胁迫下的鞘脂代谢反应，并提高了人们对鞘脂代谢修饰在未来分子育种应用中的实用性的期望。

项目成果

イネの酸化ストレス誘導性細胞死における細胞膜マイクロドメインの役割とその制御

细胞膜微区在氧化应激诱导的水稻细胞死亡中的作用及调控

• 发表时间: 2012
• 作者: 石川寿樹;内宮博文;川合真紀
• 通讯作者: 川合真紀

イネスフィンゴ脂質分子種のLC-MS/MS解析

水稻鞘脂分子种类的 LC-MS/MS 分析

• 发表时间: 2012
• 作者: 石川寿樹;内宮博文;川合真紀
• 通讯作者: 川合真紀

スフィンゴリピドミクスによるイネ長鎖塩基不飽和化機構の解析

利用鞘脂组学分析水稻长链碱基去饱和机制

• 发表时间: 2013
• 作者: 石川寿樹;中曽根光;内宮博文;川合真紀
• 通讯作者: 川合真紀

植物スフィンゴ脂質分子種の迅速同定法および一斉定量解析法の開発.

植物鞘脂分子种类的快速鉴定和同步定量分析的发展。

• 发表时间: 2013
• 作者: 石川寿樹;内宮博文;川合真紀
• 通讯作者: 川合真紀

イネのスフィンゴ脂質代謝と酸化ストレス耐性における長鎖塩基不飽和化酵素の役割

长链碱基去饱和酶在水稻鞘脂代谢和氧化应激耐受性中的作用

• 发表时间: 2012
• 作者: 石川寿樹;内宮博文;川合真紀
• 通讯作者: 川合真紀