植物における浸透圧ストレス初期応答機構の解明

阐明植物渗透胁迫的早期响应机制

基本信息

批准号：
18J13854
负责人：
相馬史幸
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地球温暖化等の影響により、作物の生育環境が劣悪化している。特に乾燥や塩害などの浸透圧ストレスは植物の成長に大きな影響を及ぼす。安定的な農業生産を確立するためには浸透圧ストレス耐性を持つ作物の作出が急務であると考えられる。そこで本研究では植物の持つ浸透圧ストレス応答機構の解明を試みた。これまでに、浸透圧ストレス応答においてSnRK2キナーゼが中心的な機能を果たすことが示されてきた。一方でSnRK2が浸透圧ストレスで活性化するメカニズムは不明であった。そこでSnRK2キナーゼのうち特にサブクラス I SnRK2に着目して、その活性化因子の同定を目指した。サブクラス I SnRK2と相互作用する因子を解析した結果、三つのRaf-likeキナーゼ、RAF18、RAF20およびRAF24を同定した。この三つのRAFキナーゼは試験管内においてサブクラス I SnRK2をリン酸化し、活性化することを明らかにした。またこの三つのRAFキナーゼが欠損した植物体においてサブクラス I SnRK2の活性化が見られなくなった。以上のことからこの三つのRAFキナーゼはサブクラス I SnRK2の上流活性化因子であることが示された。またこのRAF-サブクラス I SnRK2経路は浸透圧ストレス条件下でmRNA分解を活性化することを介してストレス応答性遺伝子の発現を正に制御することで、植物の成長制御を行っていたことを示した。三つのRAFキナーゼと、サブクラス I SnRK2はコケ植物では保存されておらず、進化的に新しい被子植物で広く保存されていたことから、植物の陸上進化に伴い、ストレスかでの成長を有利に進めるためにこの経路が出現したと予想される。本研究で明らかになった浸透圧ストレス伝達機構は、ストレスの初期で機能する新規の経路であることが示された。

受全球变暖等因素影响，农作物生长环境日益恶化。特别是干旱、盐害等渗透胁迫对植物生长影响显着。为了建立稳定的农业生产，人们认为迫切需要培育抗渗透胁迫的作物。在本研究中，我们试图阐明植物的渗透胁迫反应机制。迄今为止，研究表明 SnRK2 激酶在渗透应激反应中发挥着核心作用。另一方面，渗透应激激活 SnRK2 的机制仍不清楚。因此，我们重点关注 SnRK2 激酶中的 I 亚类 SnRK2，并旨在鉴定其激活剂。通过分析与 I 亚类 SnRK2 相互作用的因素，我们鉴定了三种 Raf 样激酶：RAF18、RAF20 和 RAF24。我们发现这三种 RAF 激酶在体外磷酸化并激活 I 类 SnRK2。此外，在缺乏这三种 RAF 激酶的植物中，不再观察到 I 类 SnRK2 的激活。上述结果表明这三种RAF激酶是I类SnRK2的上游激活剂。我们还表明，这种 RAF-subclass I SnRK2 途径通过在渗透胁迫条件下激活 mRNA 降解，正向调节胁迫响应基因的表达来调节植物生长。三种 RAF 激酶和 I 亚类 SnRK2 在苔藓植物中并不保守，但在进化的新被子植物中广泛保守，这表明它们在陆地上进化时有利于在胁迫下生长，因此预计会出现这条路线。这项研究揭示的渗透应激传递机制被证明是一种在应激早期发挥作用的新途径。