トマトアルド-ケト還元酵素の生理機能とストレス応答的な遺伝子発現制御機構の解明

阐明番茄醛酮还原酶的生理功能及应激反应基因表达调控机制

• 批准号: 17J00827
• 负责人: 末川 麻里奈
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00827/
• 关键词: アルド-ケト還元酵素; トマト; ストレス応答; プロモーター

トマトは世界の主要農作物であり、その栄養価やストレス耐性に関わる知見は学術的・商業的観点から大変意義深い。本研究では、植物の一次・二次代謝や非生物的ストレス耐性に関わる酵素であるアルド-ケト還元酵素に着目した。トマトの葉において、種々のストレスや植物ホルモンによって著しく遺伝子発現が増加するトマトアルド-ケト還元酵素(以後、SlAKR1とする)について、その生理機能およびストレス応答的な遺伝子発現制御機構を明らかにすることを目的とした。本年度は、まずSlAKR1の生理機能を検討した。SlAKR1過剰発現タバコを用いて種々の非生物的ストレスに対する耐性を評価したが、SlAKR1は非生物的ストレス耐性に関与しないことを示唆する結果が得られた。ついで、生物的ストレス応答への関与を検討した。アグロバクテリウムや細菌成分であるリポ多糖を含む溶液をトマト葉に浸潤させると、SlAKR1の遺伝子発現は著しく増加した。興味深いことに、これらを含まない溶液を浸潤させても、SlAKR1の遺伝子発現は強く誘導された。浸潤処理葉は電解質溶出率が上昇していたことから、浸潤処理は細胞の損傷を伴い、SlAKR1の遺伝子発現は細胞の損傷によって誘導される可能性が示唆された。SlAKR1は、病傷害ストレスに伴う細胞の損傷によって遺伝子発現し、生物的ストレス抵抗性に関与している可能性がある。また、SlAKR1の遺伝子発現制御機構の解明のため、プロモーター解析を行った。その結果、SlAKR1プロモーター領域-600から-500 bpの間に存在する2つのG-box様配列がストレス応答的な遺伝子高発現に重要なシス因子であることが明らかになった。SlAKR1プロモーターはシロイヌナズナの細胞においても同様に高いプロモーター活性を示し、植物種間共通のストレス誘導的高発現プロモーターとしての応用利用可能性が示唆された。

西红柿是世界领先的农产品，从学术和商业角度来看，它们对营养价值和压力承受能力的了解非常有意义。在这项研究中，我们专注于Aldo-Keto还原酶，Aldo-Keto还原酶是植物中原代和继发代谢的酶和耐肌抗性的抗性。目的是阐明番茄α-酮还原酶（以下称为slakr1）中基因表达调节的生理功能和机制，其中在番茄叶中，各种应激和植物激素显着增加了基因表达。今年，我们首先检查了Slakr1的生理功能。 Slakr1过表达的烟草用于评估对各种非生物应激的耐药性，结果表明Slakr1与非生物应力抗性无关。然后检查了它参与生物压力反应。浸润的番茄叶含有含有农杆菌和细菌成分脂多糖的溶液显着增加了slakr1的基因表达。有趣的是，即使用不含这些的溶液浸润，也强烈诱导了slakr1的基因表达。浸润叶片的电解质溶解速率提高表明浸润处理涉及细胞损伤，并且Slakr1的基因表达可能是通过细胞损伤诱导的。 Slakr1通过与疾病和损伤胁迫相关的细胞损伤表达了基因，并且可能参与生物胁迫抗性。另外，进行启动子分析以阐明slakr1基因表达调节的机理。结果表明，slakr1启动子区域-600和-500 bp之间存在两个类似G-box的序列是压力响应基因表达的重要顺式因素。 Slakr1启动子还表现出拟南芥细胞中较高的启动子活性，这表明其用作应激诱导的高表达启动子，共有植物物种。

项目成果

Two G-box like elements essential to high gene expression of SlAKR4B in tomato leaves.

番茄叶片中 SlAKR4B 基因高表达所必需的两个 G 盒样元件。

• DOI: 10.1080/09168451.2018.1429887
• 发表时间: 2018
• 期刊: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
• 作者: Suekawa M;Fujikawa Y and Esaka M
• 通讯作者: Fujikawa Y and Esaka M

Chapter 6. Regulation of ascorbic acid biosynthesis in plants., In “Ascorbic acid in plant growth, development and stress tolerance”

第 6 章植物抗坏血酸生物合成的调节，见“抗坏血酸在植物生长、发育和胁迫耐受中的作用”

• 发表时间: 2017
• 作者: Suekawa M;Kondo T;Fujikawa Y and Esaka M. (Eds. Hossain MA;Munne-Bosch S;Burritt DJ;Vivancos PD;Fujita M and Lorence A)
• 通讯作者: Fujita M and Lorence A)

Chapter 14. Physiological role of ascorbic acid recycling enzymes in plants., In “Ascorbic acid in plant growth, development and stress tolerance”

第 14 章抗坏血酸回收酶在植物中的生理作用，见“抗坏血酸在植物生长、发育和胁迫耐受中”

• 发表时间: 2017
• 作者: Suekawa M;Fujikawa Y and Esaka M. (Eds. Hossain MA;Munne-Bosch S;Burritt DJ;Vivancos PD;Fujita M and Lorence A)
• 通讯作者: Fujita M and Lorence A)

トマトにおけるアルドケト還元酵素の遺伝子発現機構に関する研究

番茄醛酮还原酶基因表达机制研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 小川峻;末永健人;木岡紀幸;木村泰久;植田和光;古賀雄一;末川麻里奈，藤川愉吉，江坂宗春
• 通讯作者: 末川麻里奈，藤川愉吉，江坂宗春

The analysis of gene expression mechanism and physiological function of aldo-keto reductase in tomato.

番茄醛酮还原酶基因表达机制及生理功能分析

• 发表时间: 2017
• 作者: Suekawa M.;Fujikawa Y.; Esaka M.
• 通讯作者: Esaka M.