タバコの傷害応答戦略としての液胞膜局在性トランスポーターによるニコチン転流機構

タバコ葉が害虫により食べられると、その傷害シグナルが根に伝達され、ジャスモン酸を介した情報伝達系によりニコチン生合成酵素遺伝子群が根の先端部分で転写活性化され、ニコチンが合成される。根端で合成されたニコチンは導管を伝わって地上部へ転流され、全草に蓄積する。1)NtMATE1/2発現抑制タバコ系統の解析:RNAi法を用いてNtMATE1/2発現レベルの低下したタバコ植物体系統では根のニコチン含量が若干増加したのに対し、葉のニコチン含量は逆に顕著に低下していた。さらに、導管液を分析したところ、RNAi系統では導管液中のニコチン含量が低下していた。従って、本トランスポーターは根の生合成細胞から細胞外へのニコチン排出を促進し、根から地上部へのニコチン転流を促進していると推察された。2)細胞内pH分布:細胞質pHはpH感受性蛍光色素SNARF-1を用いて測定し、液胞pHはpH感受性微小電極を用いて測定した。ジャスモン酸処理をしていないNtMATE1高発現タバコ培養細胞では野生型培養細胞と比べ、細胞質pHが7.4から5.9に顕著に低下しており、液胞pHは5,6から5.8に上昇していた。この実験結果から、NtMATE1は液胞からプロトンを排出すると同時に、ニコチンとは異なる有機カチオンを取り込むというモデルが考えられる。3)A622還元酵素の細胞内局在性:ニコチンのピリジン骨格はNAD生合成経路から派生する。我々はアラビドプシスのNAD生合成初期経路はプラスチドに局在することを報告した。A622-GFPはタバコ培養細胞においてプラスチドに局在し、この局在性はBFA処理やwortmannin処理により阻害されない。興味深いことに、A622は予想シグナルペプチド配列をもっておらず、そのプラスチドへの取り込み機構を解析中である。4)NBB1還元酵素の細胞内局在性:ニコチン生合成の最終段階で機能すると考えられるNBB1をNBB1-GFPとしてタバコ培養細胞で発現させると液胞に局在した。また、タバコ培養細胞をwortmannin処理するとNBB1が培地中に放出された。従って、ニコチンは最終的には液胞内で生成すると推測される。

タバコ葉が害虫により食べられると、その傷害シグナルが根に伝達され、ジャスモン酸を介した情報伝達系によりニコチン生合成酵素遺伝子群が根の先端部分で転写活性化され、ニコチンが合成される。根端で合成されたニコチンは導管を伝わって地上部へ転流され、全草に蓄積する。1)NtMATE1/2発現抑制タバコ系統の解析:RNAi法を用いてNtMATE1/2発現レベルの低下したタバコ植物体系統では根のニコチン含量が若干増加したのに対し、葉のニコチン含量は逆に顕著に低下していた。さらに、導管液を分析したところ、RNAi系統では導管液中のニコチン含量が低下していた。従って、本トランスポーターは根の生合成細胞から細胞外へのニコチン排出を促進し、根から地上部へのニコチン転流を促進していると推察された。2)細胞内pH分布:細胞質pHはpH感受性蛍光色素SNARF-1を用いて測定し、液胞pHはpH感受性微小電極を用いて測定した。ジャスモン酸処理をしていないNtMATE1高発現タバコ培養細胞では野生型培養細胞と比べ、細胞質pHが7.4から5.9に顕著に低下しており、液胞pHは5,6から5.8に上昇していた。この実験結果から、NtMATE1は液胞からプロトンを排出すると同時に、ニコチンとは異なる有機カチオンを取り込むというモデルが考えられる。3)A622還元酵素の細胞内局在性:ニコチンのピリジン骨格はNAD生合成経路から派生する。我々はアラビドプシスのNAD生合成初期経路はプラスチドに局在することを報告した。A622-GFPはタバコ培養細胞においてプラスチドに局在し、この局在性はBFA処理やwortmannin処理により阻害されない。興味深いことに、A622は予想シグナルペプチド配列をもっておらず、そのプラスチドへの取り込み機構を解析中である。4)NBB1還元酵素の細胞内局在性:ニコチン生合成の最終段階で機能すると考えられるNBB1をNBB1-GFPとしてタバコ培養細胞で発現させると液胞に局在した。また、タバコ培養細胞をwortmannin処理するとNBB1が培地中に放出された。従って、ニコチンは最終的には液胞内で生成すると推測される。