青色光による気孔開口のシグナル伝達機構の解明

蓝光气孔开放信号转导机制的阐明

基本信息

批准号：
12J03979
负责人：
林真妃
金额：
$ 1.73万
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：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

植物の表皮に存在する気孔は一対の孔辺細胞により構成され、太陽光に含まれる青色光に応答して開口する。孔辺細胞に青色光が当たると青色光受容体フォトトロピンが光を受容し、細胞内シグナル伝達を誘導する。このシグナル伝達は、プロトンポンプである細胞膜H+-ATPaseを活性化して気孔を開口させる。H+-ATPaseの活性化にはC末端のリン酸化が必要であり、青色光はこの部位のリン酸化を誘導する。ところが、フォトトロピンからH+-ATPaseのリン酸化に至るまでのシグナル伝達は未解明な部分が多く残されている。そこで本研究では、青色光に応答したH+-ATPaseのリン酸化を仲介するプロテインキナーゼの探索と同定を行った。これまでに私は、免疫組織染色法を用いて孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseのリン酸化を可視化する手法を確立した (Hayashi et al., 2011)。この手法を利用し、青色光に応答したH+-ATPaseのリン酸化を抑制するプロテインキナーゼ阻害剤を阻害剤ライブラリーから選抜した。用いた阻害剤の標的は哺乳類のキナーゼであるため、シロイヌナズナにおける標的をアミノ酸配列の相同性検索により予測した結果、一つのMitogen activated kinase kinase kinase (MAPKKK) が候補として挙がった。そこで、そのMAPKKKをコードする遺伝子のT-DNA挿入変異株を入手し、気孔の表現型を解析した。その結果、この変異株において青色光に依存した気孔開口とH+-ATPaseのリン酸化が損なわれていることが見出された。本研究により、私は青色光に依存した気孔開口を仲介する新規のシグナル伝達因子として一つのMAPKKKを同定し、このキナーゼをProtein kinase in stomatal opening (PKSO)と名付けた。

植物表皮中的气孔由一对保卫细胞组成，并响应阳光中的蓝光而打开。当保卫细胞暴露于蓝光时，蓝光受体趋光素接收光并诱导细胞内信号转导。这种信号转导激活质膜 H+-ATP 酶（质子泵）并打开气孔。 H+-ATP酶的激活需要C末端的磷酸化，蓝光会诱导该位点的磷酸化。然而，关于从向光素到 H+-ATP 酶磷酸化的信号转导仍有很多未知之处。在这项研究中，我们寻找并鉴定了介导蓝光响应下 H+-ATP 酶磷酸化的蛋白激酶。迄今为止，我已经建立了一种使用免疫组织化学染色可视化保卫细胞中质膜 H+-ATP 酶磷酸化的方法 (Hayashi et al., 2011)。使用这种方法，我们从抑制剂库中选择了一种蛋白激酶抑制剂，该抑制剂可抑制 H+-ATP 酶响应蓝光的磷酸化。由于所用抑制剂的靶点是哺乳动物激酶，因此通过氨基酸序列同源性搜索预测了拟南芥中的靶点，并选择了一种候选物丝裂原活化激酶激酶(MAPKKK)作为候选物。因此，我们获得了编码MAPKKK基因的T-DNA插入突变体并分析了气孔表型。结果发现，该突变株中蓝光依赖性气孔开放和H+-ATP酶磷酸化受到损害。通过这项研究，我发现MAPKKK是一种介导蓝光依赖性气孔开放的新型信号转导因子，并将这种激酶命名为气孔开放蛋白激酶（PKSO）。