生物で初のホウ素を感知する分子の同定

鉴定生物体中第一个硼敏感分子

基本信息

批准号：
06J10878
负责人：
三輪京子
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
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 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

ホウ素は植物にとって必須であり、かつ高濃度に存在すると毒性を示す。シロイヌナズナBOR1は細胞膜に局在する排出型ホウ素輸送体をコードし、ホウ素欠乏環境下で根から地上部への生育に必要なホウ素の効率的な輸送に働く。BOR1はホウ素欠乏条件では細胞膜に蓄積するが、ホウ素濃度が高い環境では転写後制御により、エンドサイトーシスを介して分解を受け、蓄積しない。BOR1の蓄積制御に関与する分子の同定を通じて、植物の必須元素(ホウ素).を感知する分子のはじめての単離を目指した。ホウ素欠乏条件下でBOR1が蓄積しない変異株とホウ素十分条件においてもBOR1が蓄積する変異株を単離し、原因遺伝子の同定を試みた。単離された変異株3ラインでは新規の遺伝子座に原因となる変異が存在すると推測され、植物のホウ素栄養に応じた制御に関わる新規分子の同定が期待された。加えて、シロイヌナズナに存在するBOR1相同タンパクのうち、BOR4はBOR1の場合とは異なり、環境中のホウ素濃度に関わらず高蓄積することを見出した。配列比較から、BOR1の分解に必要なアミノ酸残基の候補特定に有用な情報を与える結果となった。BOR4過剰発現シロイヌナズナを作出したところ、植物に毒性を示す高濃度のホウ素に耐性を示すことが分かった。半乾燥地を中心に世界に存在するホウ素過剰土壌では農業生産の低下が報告され、作物で品種改良が試みられてきた。本研究により植物にホウ素過剃耐性を付与する遺伝子が初めて同定され、世界で初めてホウ素過剰耐性植物の作出に成功した。同時に、BOR4タンパクが、根の遠心側(土壌側)細胞膜に極性をもつ性質を見出した。BOR4の遠心側への極性はホウ素の効率的な体外への排出に役立つと考えられる。シロイヌナズナBOR1とBOR4は環境中の栄養条件に依存した分解制御と細胞内極性という二点から対照的な性質を持つことが示され、研究のモデル分子となることが期待される。

硼对植物是必不可少的，当以高浓度存在时是有毒的。拟南芥Bor1编码位于细胞膜的排水硼转运蛋白，并作用于硼的有效运输，这对于在缺乏硼的环境中从根到地面的生长是必不可少的。 BOR1在硼缺乏条件下积聚在细胞膜中，但是在硼浓度高的环境中，它通过内吞作用会降解，并且由于转录后控制而不会累积。通过鉴定涉及BOR1积累的分子，我们旨在成为感知植物基本元素（Boron）的第一个分离。我们分离了一个突变体，该突变体在硼缺乏症条件下不会积累BOR1，即使在硼充满条件下，也不会积累BOR1的突变体，并试图鉴定病因基因。据推测，在三个分离的突变菌株系中，新基因座的突变是在新的基因座的原因，预计将发现涉及调节的新分子响应植物中硼养分的响应。此外，在拟南芥中存在的BOR1同源蛋白中，发现BOR4在环境中以高度的硼浓度积累，与BOR1不同。序列比较导致提供有用的信息，以识别BOR1降解所需的候选氨基酸残基。当产生过表达的BOR4拟南芥时，发现它具有对植物有毒的高浓度硼的抗性。据报道，农业生产在世界各地存在，主要是在半干旱地区，并且尝试改善农作物的尝试下降。这项研究已被用来识别赋予硼对植物抗性的第一个基因，并在世界上首次成功生产了抗硼抗性的植物。同时，我们发现BOR4蛋白在根的离心（土壤侧）细胞膜中具有极性。人们认为，Bor4离心侧的极性有助于从体内有效排泄硼。拟南芥BOR1和BOR4具有基于养分条件依赖性降解控制和细胞内极性的降解控制，并有望成为研究模型分子。