植物の塩および酸化ストレスに関与する膜輸送系の分子解析

参与植物盐和氧化应激的膜运输系统的分子分析

基本信息

批准号：
02F02677
负责人：
魚住信之
金额：
$ 0.51万
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：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F02677/
关键词：
Kチャネルシロイヌナズナ塩原形質膜 KAT1 AKT2 細胞内局在性ストレス

项目摘要

植物にとって塩は生長の妨げになる物質であり、光合成による酸化ストレスとも深く関与するため、除去または無毒化することが植物の成長維持に必要となる。塩害は植物の細胞内外のイオンバランスが崩れることに起因する。Naの侵入を細胞内主要イオンのKが防いでいる。本研究では、植物のKチャネルおよびその輸送体遺伝子の植物における役割と機能と細胞内局在性を分子生物学的手法により構造と機能を解析した。植物シロイヌナズナのKAT1はKを内向きに透過する輸送体であり、AKT2は両方向に輸送するチャネルであるが、その細胞内局在性は分かっていない。KAT1は酵母の原形質膜のK輸送体の変異を相補し、AKT2は相補しない。このことからKAT1は原形質膜、AKT2は細胞内小器官の膜に発現していると考えられる。KAT1とAKT2の細胞内局在性を明らかにするために、酵母、タバコ培養細胞およびシロイヌナズナ培養細胞にGFP融合蛋白質を発現させて観察を行った。AKT2については、シグナルが液胞膜に観察されたが、そのほかの膜にもシグナルが検出された。KAT1については、細胞内膜のいたるところに蛍光シグナルが観察され発現部位の特定にはいたらなかった。K輸送系の大量発現は、酵母においても植物細胞においてもそれぞれの成育には阻害的であることが今までの研究結果から予想され、このため、本蛋白質が十分発現しなかった可能性が考えられる。複数のキメラ蛋白質をK輸送体が破壊されている酵母の変異株に発現させてKの取込み活性を検討した。この結果、KAT1の膜貫通領域が存在するとKチャネルは原形質膜に移行することが分かった。KAT1とAKT2の膜貫通構造の相違は小さいことから、今後そのアミノ酸が以降に必要かを検討できると考えられる。この基礎的知見によって、Kチャネルの発現場所の特定と移行シグナルの解明に関する知見が得られた。

盐是一种阻碍植物生长的物质，并深深地参与了由光合作用引起的氧化应激，因此去除或排毒对于植物生长是必需的。盐损伤是由植物细胞内部和外部离子平衡失衡引起的。主要的细胞内离子K可防止NA进入。在这项研究中，使用分子生物学技术分析了植物K通道及其转运蛋白基因的作用，功能和亚细胞定位。植物拟南芥中的Kat1是一种向内渗透K的转运蛋白，Akt2是传递这两个方向的通道，但其亚细胞定位尚不清楚。 KAT1补充酵母中质膜K转运蛋白中的突变，而AKT2则没有。这表明KAT1在质膜中表达，并且Akt2在细胞内细胞器的膜中表达。为了阐明Kat1和Akt2的亚细胞定位，在酵母，烟草和拟南芥培养的细胞中表达GFP融合蛋白，并进行了观察。对于Akt2，在液泡膜上观察到一个信号，但在其他膜中也检测到一个信号。对于KAT1，在整个细胞内膜上都观察到荧光信号，并且没有识别表达位点。先前的研究结果预测，K传输系统的大量表达抑制了酵母和植物细胞的生长，因此可能未完全表达该蛋白。多种嵌合蛋白在酵母突变体中表达，k转运蛋白中断以研究K的摄取活性。结果，发现当存在Kat1的跨膜区域时，K通道迁移到质膜。由于Kat1和Akt2之间的跨膜结构的差异很小，因此认为将来可以研究氨基酸是否需要。这一基本发现提供了识别K通道表达位置并阐明过渡信号的见解。