植物のアルミニウム耐性遺伝子の分離とその機能解析に基づく分子育種への応用

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酸性土壌に見られるアルミニウムイオンは、植物根の生育阻害因子であるがその生育阻害機構については不明である。本研究はアルミニウムによる生育阻害機構を細胞レベルで解明することを目的に、タバコ培養細胞系を用い、特にミトコンドリアの機能に着目して解析した。我々は、これまでの細胞レベルならびに個体レベルの研究から、アルミニウムがミトコンドリアにおいて活性酸素を誘発し細胞増殖や根伸長阻害を引き起こす可能性を見い出していた。これを証明するために、アルミニウムで処理したタバコ細胞と未処理のタバコ細胞から各々ミトコンドリアを調製し、その機能をin vitroで解析した結果、単離ミトコンドリアにおいてもアルミニウム処理に依存して、活性酸素(過酸化水素ならびにスーパーオキシドアニオン)の誘発、呼吸阻害、ミトコンドリア内膜の電位差の低下等を生じていることを明らかにし、上記の仮説を証明した。さらに、電子顕微鏡の観察によって、アルミニウムで処理した細胞中のミトコンドリアに形態異常を生じていることも見い出した。現在、単離ミトコンドリアにおける構成蛋白質の変動について解析しており、アルミニウム障害を分子レベルで明らかにする予定である。また、アルミニウム耐性がミトコンドリアの機能や構造と関連しているかどうかを明らかにするために、アルミニウム耐性を示すタバコ培養細胞からミトコンドリアを調製し、上記のアルミニウム感受性タバコ培養細胞から単離したミトコンドリアとの違いについて解析を進める予定である。