植物のABC蛋白によるアルカロイド輸送制御と生体機能維持機構

• Project/Area Number: 10217206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 矢崎 一史 京都大学, 木質科学研究所, 教授 (00191099)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 文彦 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (10127087)
• Project Period (FY): 1998 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥36,300,000 (Direct Cost: ¥36,300,000); Fiscal Year 2002: ¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000); Fiscal Year 2001: ¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000); Fiscal Year 2000: ¥9,400,000 (Direct Cost: ¥9,400,000); Fiscal Year 1999: ¥8,900,000 (Direct Cost: ¥8,900,000); Fiscal Year 1998: ¥9,200,000 (Direct Cost: ¥9,200,000)
• Keywords: plant ABC protein / Cjmdr-1 / berberine / Coptis japonica / 根茎 / 転流 / Xenopus oocyte / in situ hybridization / 木部 / unloading / P-glycoprotein / alkaloid / Thalictrum minus / MRP1 / 液胞 / ABC protein / mdr / 輸送 / 二次代謝 / ベルベリン / 植物遺伝子 / アルカロイド

Research Abstract

前年度に引き続き、オウレンのmdr様ABC蛋白質であるCjmdr-1のベルベリン輸送機能をアフリカツメガエルの卵細胞を用いて詳細に解析し、本遺伝子産物が、真核生物としては最初の例となる、内向き輸送性のABC蛋白質であることを示した。また、そのインタクト植物における発現部位が、根茎の木部組織の一部であることをin situ hybridizationにより証明し、本ABC蛋白がベルベリンのアンローディングに関わっていることを示唆した。第2のcDNAクローンCjmdr-2に関して同様の輸送解析を現在行っているが、本遺伝子産物もCjmdr-1とほぼ同じ組織で発現していることを明らかにした。
また本年度は、植物細胞の内在性ABC蛋白を検出するために、バナデートトラップ法を植物用に改良して、アキカラマツに応用した。これによりアキカラマツ細胞で発現するABC蛋白の特性を調べたところ、ベルベリン生産誘導下で特異的に発現してくるABC蛋白がベルベリンを輸送基質として認識することがが明らかとなった。さらに、アキカラマツの細胞がベルベリンをはじめ多くの芳香族化合物を取り込まないのは、その液胞膜に原因があるのではなく、細胞膜上の輸送体の特性によるものであることを示した。
一方、ヒトMRPを発現させたタバコにおいて薬剤耐性や環境ストレス耐性の解析を行ったところ、この形質転換タバコがカドミウムや除草剤のアラクロールに耐性を示し、さらにこれらの物質を細胞内に取り込む活性を示すことが明らかとなった。これにより、植物のMRPも同様の生理的機能を担っていることを示すとともに、この植物を応用した環境浄化(ファイトリメディエーション)の方向にも研究を展開させた。

Research Products

• [Publications] Shitan, N.: "Involvement of CjMDR1, a plant MDR-type ABC protein, in alkaloid transport in Coptis japonica"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100・2. 751-756 (2003)
• [Publications] Terasaka, K.: "Applications of vanadate-induced nucleotide trapping to plant cells for detection of ABC proteins"Plant Cell Physiol.. 44・2. 198-200 (2003)
• [Publications] Terasaka, K.: "Thalictrum minus cell cultures and ABC-transporter"Phytochemistry. 62・3. 483-489 (2003)
• [Publications] Morishige, T.: "Molecular cloning of columbamine O-methyltransferase from cultured Coptis japonica cells"Eur. J. Biochem.. 269・22. 5659-5667 (2002)
• [Publications] Sakai, K.: "Characterization of berberine transport into Coptis japonica cells and the involvement of ABC protein"J. Exp. Bot.. 53(376). 1879-1886 (2002)
• [Publications] 矢崎一史: "植物細胞工学シリーズ18号「植物細胞で働くポンプ、トランスポーター、チャネル研究の新展開」"秀潤社. 236(10) (2003)
• [Publications] K.Yazaki: "A novel Coptis japonica multidrug resistant protein preferentially expressed in the alkaloid-accumulating rhizome"J. Exp. Botany. 52・357. 877-879 (2001)
• [Publications] K.Yazaki: "A novel dark-inducible protein LeDI-2 and its involvement in root-specific secondary metabolism in Lithospermum erythrorhizon"Plant Physiol. 125・4. 1831-1841 (2001)
• [Publications] H.Yamamoto: "Enhancement of secondary metabolite productions in various plant cell cultures by co-cultivation with cork"Biosci. Biotech. Biochem.. 65・4. 853-860 (2001)
• [Publications] H.Hayashi: "Molecular cloning and characterization of isomultiflorenol synthase a new triterpene synthase from Luffa cylindrica involved in bryonolic acid biosynthesis"Eur. J. Biochem.. 268・23. 6311-6317 (2001)
• [Publications] 矢崎一史: "高等植物におけるABC蛋白質スーパーファミリー:その多彩なメンバーと機能ポテンシャル"バイオサイエンスとインダストリー. 61・1. 17-22 (2002)
• [Publications] Kazufumi Yazaki: "A novel Coptis japonica multidrug resistant protein preferentially expressed in the alkaloid-accumulating rhizome."J.Exp.Botany. (In press).
• [Publications] Hirobumi Yamamoto: "Simultaneous analysis of shikimate-derived secondary matabolites in Lithospermum erythrorhizon cell suspension cultures by HPLC."J.Chromatog.. 738・1. 3-15 (2000)
• [Publications] Shoko Taniguchi: "Productions of tannin and anthocyanidin by Rhus javanica adventitious root cultures."Phytochemistry. 53・3. 357-363 (2000)
• [Publications] Kaoru Touno: "Histological observation of red pigment formed on shoot stem of Lithospermum erythrorhizon."Plant Biotechnology. 17・2. 127-130 (2000)
• [Publications] Hiroaki Hayashi: "Nucleotide sequence of a cDNA Encoding Putative Oxidosqualene Cyclase from Luffa cylindrica."Plant Physiol.. 122・4. 1459-1459 (2000)
• [Publications] Kaoru Touno: "Shikonin derivative formation on the stem of cultured shoots in Lithospermum erythrorhizon."Plant Cell Reports. 19・11. 1121-1126 (2000)
• [Publications] Kyoko Sakai: "Analyses of berberine transport mechanism in Coptis japonica cell cultures"Plant Cell Physiol. (supplement). 40. 67-67 (1999)
• [Publications] Hirobumi Yamamoto: "Simultaneous analysis of shikimate-derived secondary matabolites in L. erythrorhizaon cell suspension cultures by HPLC"J. Chromatography. 738・1. 3-15 (2000)
• [Publications] Shoko Taniguchi: "Productions of tannin and anthocyanidin by Rhus javanica adventitious root cultures"Phytochemistry.
• [Publications] 士反伸和: "植物におけるABCトランスポータのクローニング及び構造解析"日本農芸化学会誌(supplement). 73. 369-369 (1999)
• [Publications] 矢崎一史: "高等植物におけるABC蛋白のクローニング及び構造解析"日本植物分子生物学会講演要旨集. 78-78 (1999)
• [Publications] 矢崎一史: "ベルベリン高生産オウレン細胞からのABCタンパク質のcDNAクローニングと構造解析"日本分子生物学会講演要旨集. 499-499 (1999)
• [Publications] Kyoto Sakai: "Analyses of berberine transport mechanism in Coptis japonica cell cultures." Plant Cell Physio.,supplement. 40. 67-67 (1999)
• [Publications] Shoko Taniguchi: "Production of macrocyclic ellagitannin oligomers by Oenothera laciniata callus cultures." Phytochemistry. 48・6. 981-985 (1998)
• [Publications] 士反伸和: "植物におけるABCトランスポータのクローニング及び構造解析" 日本農芸化学会誌,supplement. 73. 369-369 (1999)