小胞輸送が支配する根の水分屈性制御分子の同定と解析

囊泡运输控制根向水性分子的鉴定和分析

基本信息

批准号：
09J06705
负责人：
森脇哲平
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J06705/
关键词：
水分屈性シロイヌナズナ小胞輸送 GNOM MIZ1 MIZ2 オーキシン RabC1 PINタンパク質

项目摘要

植物の根は、水分含量の多い空間へと屈曲伸長する水分屈性を示す。先行研究の結果、水分屈性に必須な遺伝子の探索より、細胞内小胞輸送の調節因子であるARF-GEFをコードするGNOM/MIZ2が同定されている。しかしながら、このGNOMあるいは小胞輸送系がどのように水分屈性を制御するのかという問題については明らかになっていない。そこで、本研究は水分屈性を制御する小胞輸送について、GNOMに関連した分子の探索および解析により明らかにしようとするものである。既知の水分屈性制御分子として機能未知であるMIZ1が同定されている。MIZ1とGNOMとの関連について明らかにするため、遺伝学的解析を行った。MIZ1の過剰発現系統は根系形成の異常を示すが、miz2突然変異はMIZ1過剰発現系統の表現型を抑圧した。この結果より、GNOMはMIZ1の下流で機能することがわかった。さらに、MIZ1を過剰発現することによる根系形成の異常は、植物ホルモンであるオーキシン内生量の低下に起因することも明らかにした。次に、水分屈性に伴う小胞輸送系の動態変化を解析するため、膜輸送およびオルガネラのマーカー分子について、これらの局在変化を解析した。その結果、RabC1が水分勾配刺激により細胞の頂端または基部側で凝集することを見出した。この変化はARF-GEF阻害剤であるBFAによっては抑制されなかったことから、RabC1の局在変化はGNOMの上流で制御されることが示唆された。一方、オーキシンを添加することで、RabC1の局在変化は抑制された。この結果は、MIZ1の過剰発現によりオーキシン量が低下するという結果と一致する。また、オーキシンの内生量を低下させると水分屈性能は向上するが、RabC1を欠損した突然変異体では、オーキシン量低下による水分屈性能の向上は認められなかった。以上の結果より、水分屈性に機能する小胞輸送系として新たにRabC1を見出すと共に、その制御がオーキシンによって調節されていることを明らかにした。また、RabC1はGNOMの上流で機能している可能性を示した。

植物根表现出向水性，在含水量高的空间中弯曲和伸长。作为先前研究的结果，在寻找亲水性必需基因的过程中，鉴定出了编码 ARF-GEF（细胞内囊泡运输调节剂）的 GNOM/MIZ2。然而，这种 GNOM 或囊泡运输系统如何控制向水性的问题仍不清楚。因此，本研究旨在通过探索和分析与 GNOM 相关的分子来阐明控制向水性的囊泡运输。 MIZ1 的功能尚不清楚，但已被确定为已知的向水性控制分子。进行遗传分析以阐明 MIZ1 和 GNOM 之间的关系。 MIZ1 过表达株系在根系形成方面表现出缺陷，但 miz2 突变抑制了 MIZ1 过表达株系的表型。这些结果表明 GNOM 在 MIZ1 下游发挥作用。此外，还发现MIZ1过表达引起的根系形成异常是由于植物激素生长素的内源量减少引起的。接下来，为了分析与向水性相关的囊泡运输系统动力学的变化，我们分析了膜运输和细胞器标记分子的定位变化。结果，我们发现在水梯度刺激下 RabC1 聚集在细胞的顶端或基底侧。这种变化并未被 ARF-GEF 抑制剂 BFA 抑制，表明 RabC1 的定位变化受到 GNOM 上游的调节。另一方面，添加生长素抑制了RabC1的定位变化。该结果与 MIZ1 的过度表达减少生长素的量的发现一致。此外，减少内源生长素的量可以改善向水性性能，但在缺乏RabC1的突变体中，由于生长素含量的减少，没有观察到向水性性能的改善。从以上结果中，我们发现RabC1作为一种新的囊泡运输系统，具有向水性功能，并揭示其调控受到生长素的调节。我们还表明 RabC1 可能在 GNOM 上游发挥作用。