根における栄養素吸収と形態形成制御機構の解明

阐明根部养分吸收和形态发生控制机制

基本信息

批准号：
17780001
负责人：
池田亮
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

アンモニウムイオンは硝酸イオンと並んで、植物が外環境からの供給に依存している重要な無機窒素栄養素である。窒素イオンの細胞内への取り込み・細胞間への移動には、膜貫通型タンパク質である窒素トランスポーターの"能動的な輸送システム"が必要とされる。水田に代表される湛水土壌では、アンモニウムイオンは主たる窒素源として存在し、その取り込みにはアンモニウムトランスポーター(Ammonium Transporter : AMT)が機能する。イネのゲノムには3種類のOsAMT1遺伝子(OsAMT1;1-1;3)が存在している。OsAMT1;1は構成的な発現様式を示すのに対し、OsAMT1;2は根で特異的に発現しており、アンモニウムイオン存在下で顕著な発現促進が認められる。またOsAMT1;3も根で特異的な発現を示したが、窒素飢餓条件下で最も顕著な発現が認められる。本研究では、OsAMTをイネの恒常的高発現させた形質転換イネを用いて根からアンモニウムイオンの取り込み量と根の形態的変化を調査した。その結果、OsAMT2遺伝子を過剰発現させた形質転換体では、植物体内へのアンモニウムイオンの取り込み量が約1.5から約4倍程度に増大していることが明らかとなった。これに対し、形質転換体の根は、伸長抑制が認められた。この結果から、過剰に取り込むアンモニムイオンに対して、取り込み器官である根のマスを小さくすることで植物体内のアンモニウムイオン量を調整する機構の存在が明らかとなった。すなわち、高等植物には取り込んだ窒素量に合わせて窒素の取り込み器官である根の形態形成を調節する"窒素センサー"の存在が浮き彫りとなった。また"窒素センサー"の分子実体を単離するため、モデル植物であるシロイヌナズナ変異体ラインを用いてスクリーニングを行った結果、候補となるラインが単離された。

与硝酸盐离子一起，铵离子是植物依赖外部环境供应的重要无机氮营养素。将氮离子掺入细胞之间和转移需要跨膜蛋白氮转运蛋白的“主动转运系统”。在泛滥的土壤（例如稻田）中，铵离子作为氮的主要来源和铵转运蛋白（AMTS）功能都存在。水稻基因组中有三种类型的OSAMT1基因（Osamt1; 1-1; 3）。 OSAMT1; 1表现出构型表达模式，而OSAMT1; 2在根中特异性表达，并且在铵离子存在下观察到了显着的表达促进。 Osamt1; 3在根中也显示出特殊的表达，但是在氮饥饿条件下观察到最突出的表达。在这项研究中，我们调查了根部的铵离子摄取量以及使用转化的水稻的根部形态变化，这是由Osamt组成性表达的。结果，有发现在过表达OSAMT2基因的转化体中，植物中的铵离子量增加了约1.5至4倍。相反，观察到转化体的根部抑制伸长。这些结果揭示了一种机制的存在，该机制通过减少根部的根部（即摄取器官）来调节植物中的铵离子量，以至于过度掺入了铵离子。换句话说，在较高的植物中强调了“氮传感器”的存在，该“氮传感器”调节根部的形态发生，氮摄取器官与接收的氮量一致。此外，为了分离“氮传感器”的分子物质，使用拟南芥突变线，模型植物和候选线进行筛选。