植物のアルカリ塩応答における液胞膜型ナトリウム・プロトンアンチポーターの機能

液泡膜型钠质子逆向转运蛋白在植物碱盐反应中的作用

基本信息

批准号：
13J07241
负责人：
小林紫緒
金额：
$ 1.41万
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：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アルカリ塩ストレスと液胞膜型ナトリウム・プロトンアンチポーター（NHX1）の関係を調べる目的で、酵母Nhx1機能欠失変異体にアルカリ塩ストレス処理を行ったところ、変異体は野生型と比べアルカリ塩に感受性を示した。この結果から、少なくとも酵母においてはNhx1がアルカリ塩耐性に関与していることが示された。一方シロイヌナズナのNHX1過剰発現体および機能欠失変異体では、野生型との間にアルカリ塩耐性の顕著な差は見られなかった。またアルカリ塩ストレス耐性植物の耐性メカニズムを探る目的で、アルカリ塩ストレス耐性の強い野生植物Puccinellia tenuifloraおよび同族のスズメノカタビラにアルカリ塩処理を行い、生育を比較した。その結果、スズメノカタビラの根では10 mM NaHCO3という低濃度でも根において伸長阻害と著しい細胞死が起こるのに対し、耐性植物P. tenuifloraの根では細胞死は比較的軽微で、より高濃度のストレス下でのみ根の伸長阻害が起こることがわかった。この結果から、耐性植物と感受性植物のアルカリ塩ストレス下における生育速度の差の一部は、ストレスから根細胞を守り、根の伸長を維持する能力の差によるものであると推測された。RNA-seq法を用い、これら2種の植物にアルカリ塩ストレス処理を行った際の遺伝子発現変動を調べたところ、耐性種のP. tenuifloraではストレス処理により発現量が変化する転写産物数が157であったのに対し、感受性種スズメノカタビラでは1,090であった。この結果から、P. tenuifloraではアルカリ塩ストレスのない通常条件においても耐性関連遺伝子が恒常的に発現していることが予想された。またP. tenuifloraの発現変動転写産物の中には鉄獲得関連遺伝子が多く含まれ、アルカリ塩条件下における鉄獲得の重要性を改めて裏づけた。

为了研究碱盐应激与液泡膜型质子抗毒剂（NHX1）之间的关系，用碱盐应激处理酵母NHX1功能缺失突变体，而突变体对碱性盐的敏感性比野生型更敏感。这些结果表明，NHX1至少在酵母中参与碱性盐耐药性。另一方面，拟南芥NHX1过表达和野生型功能缺失突变体之间没有观察到碱性盐耐药性的显着差异。此外，为了探索对碱性盐胁迫植物的抗性机制，用碱性盐处理了对碱性盐胁迫高度抗性的野生植物puccinellia tenuiflora，对碱性盐胁迫高度抗性，并与碱性盐进行了处理，并比较了生长。结果表明，在上丘脑上的根部，即使在低浓度为10 mM NaHCO3的根中，延伸伸长和显着的细胞死亡也会发生，而在耐药植物p. tenuiflora的根中，细胞死亡的根相对较小，根部伸长延长仅在较高的压力下抑制。该结果表明，抗性和敏感植物之间碱盐应激下生长速率的一部分差异是由于它们保护根细胞免受压力和维持根部伸长的能力的差异。当使用RNA-SEQ方法检查这两种植物用碱性盐应激处理时，基因表达的变化时，耐药物种中的转录本数量（由于压力治疗而改变的表达水平为157），而易感物种Suzumenokatavira则是1,090。从这些结果中可以预测，即使在正常条件下，在没有碱盐应激的正常情况下，在Tenuiflora中也可以组成型抗性相关的基因。此外，P. tenuiflora的可变表达转录本包含许多与铁相关的基因，该基因再次证实了在碱盐条件下铁采集的重要性。