グリシンベタイン集積型F7トウモロコシの耐塩性とその遺伝子発見機構

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本研究では、グリシンベタイン(ベタイン)の蓄積程度の異なるイネ科植物を供試して塩ストレス下での(1)ベタインの生理的役割を明らかにする、と同時に(2)ベタインの蓄積機構およびそのシグナル伝達機構を解析した。ベタイン合成遺伝子のみを持つベタイン蓄積型系統とそれの欠損しているベタイン欠乏型系を塩ストレス下で栽培し乾物重、水ポテンシャル、相対水分量(RWC)、細胞液のベタイン、Na濃度およびベタインアルデヒド脱水素酵素(BADH)活性などを測定した。その結果、(1)両系統の細胞液Na濃度は、無処理区では約0.2mM、塩処理区では13〜30mMであり、両系統間に差は見られなかった。(2)塩ストレス区でのベタイン蓄積型系統のベタイン濃度は7〜11mMであり,欠乏型系統では0.04〜0.2mMで著しく低かった。(3)ベタイン蓄積型系統では、塩ストレス区でも膨圧が高く維持されたが、欠乏型系統では膨圧が低く、そのためLeaf rollingなどの葉巻程度が大きかった。さらに、ベタイン欠乏型では塩ストレス区でCO2同化速度、気孔伝導度が低く、かつ葉面積拡大速度及び乾物重が低かった。(4)ベタイン集積型では、膨圧の減少とともに葉身のBADH活性が急速に上昇し、その後ベタイン濃度が増加した。ベタイン蓄積型では、ベタインの蓄積とともに膨圧は回復したが、ベタイン欠乏型では膨圧の回復は見られなかった。(5)なお、両系統の遺伝的な違いはRAPDにより解析した。以上の結果、ベタインの主な働きは生体内の水分状態を良好に保持し、さらに光合成速度や葉の伸長を促進することによってストレスによる植物の生長阻害を軽減する。ベタイン合成酵素は塩ストレスにより誘導され、それはストレスにより生じる膨圧の偏導により支配されていることが明らかとなった。