イネケイ酸吸収遺伝子の機能解析

水稻硅酸吸收基因的功能分析

基本信息

批准号：
06J01562
负责人：
三谷奈見季
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

イネ科植物は一般的にケイ素集積植物とされているが、その集積程度は種によって大きく異なり、イネがオオムギやトウモロコシより高い集積を示す。しかし、これまでにイネやオオムギ、トウモロコシから同様なケイ酸トランスポーター遺伝子が同定されている。本研究ではケイ酸吸収における種間差の機構を明らかにするために。ケイ酸内向きケイ酸トランスポーターLsi1と外向きケイ酸トランスポーターLsi2の局在性、発現量、輸送活性などについてイネ、オオムギとトウモロコシ間で比較検討した。オオムギとトウモロコシのLsi1およびLsi2について生化学的手法を用いて細胞内局在性を調べたところ、両者のLsi1,Lsi2とも細胞膜に局在することが明らかになった。抗体染色でLsi2の組織局在性を調べた結果、イネのLsi2とは異なり、オオムギとトウモロコシのLsi2は内皮細胞だけに局在していた。またイネとオオムギとの間で根でのそれぞれの遺伝子の発現量をReal-time RT-PCRを用いて絶対定量法により比較した結果、根におけるmRNAの発現量はLsi1、Lsi2共にオオムギに比ベイネの方が数倍から10倍高かった。さらにアフリカツメガエルoocyteを用いたヘテロ発現系でそれぞれの輸送体の持つケイ酸輸送活性の比較も行った。Lsi2に関してoocyteで発現させた同時にoocyteよりmicrosomeを抽出しwestern blotで発現しているタンパク質の定量を行い、発現タンパク質レベルでの輸送活性を比較した。その結果、イネとオオムギと比較してイネの方がわずかに高かった。これらの結果はイネのケイ酸吸収能力の高さは主にケイ酸吸収関連遺伝子がオオムギやトウモロコシより高いのに加え、トランスポーターの組織局在性に起因することを示唆している。

葡萄植物通常被认为是硅积聚植物，但它们的积聚取决于物种的变化很大，水稻的积聚比大麦和玉米更高。但是，在大米，大麦和玉米中已经鉴定出类似的硅酸盐转运蛋白基因。这项研究旨在阐明硅酸吸收中种间差异的机理。比较了大米，大麦和玉米之间的内向硅酸盐转运蛋白LSI1和外向硅酸盐转运蛋白LSI2的定位，表达水平和转运活性。当使用生化技术检查大麦和玉米的亚细胞定位时，揭示了LSI1和LSI2都位于细胞膜。通过抗体染色检查了LSI2的组织定位，与大麦米2，LSI2不同，大麦和玉米的LSI2仅被定位于内皮细胞。此外，当使用实时RT-PCR的绝对定量方法比较含量和大麦之间的每个基因的表达水平时，根中的mRNA表达水平比LSI1和LSI2的大麦中的mRNA表达水平高几至十倍。此外，我们还使用Xenopus ocyte比较了异源表达系统中每个转运蛋白的硅酸盐转运活性。 LSI2用卵母细胞表达，并从卵母细胞中同时提取微粒体，并用蛋白质印迹表达的定量蛋白质，并比较表达蛋白质水平的转运活性。结果表明，米饭的速度略高于米饭和大麦。这些结果表明，水稻的吸收能力高主要是由于二氧化硅吸收相关的基因高于大麦和玉米以及转运蛋白的组织定位。