アルミニウムイオンによる根の伸長阻害のターゲット部位の特定

• Project/Area Number: 11760041
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Plant nutrition/Soil science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 横田 聡 東北大学, 大学院・農学研究科, 助手 (60220555)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000); Fiscal Year 2000: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000)
• Keywords: アルミニウム / 酸性土壌 / 根 / 細胞壁

Research Abstract

本研究では、酸性土壌の主要ストレス因子であるアルミニウムイオンの毒性による根の伸長阻害のターゲット部位を細胞レベルで明らかにすることを目的としている。アルミニウムイオンは細胞壁に高い親和性を有し、細胞の吸水成長を阻害すると考えられているが明確な証拠はない。いっぽう、アルミニウムイオンは細胞内には透過しにくく、細胞内の生理機能へ与える影響は比較的少ないとされている。
そこで、細胞の伸長が阻害されている細胞での細胞内の生理的状態を調べる目的で、個々の細胞レベルで生理活性をモニタリングできる蛍光プローブを細胞にロードして観察を行った。その結果、細胞の伸長がほぼ停止した段階でも、細胞のバイアビリティは保持されており、アルミニウムイオンははじめに細胞の外側に作用して細胞壁の伸長などを阻害することが示唆された。さらにミトコンドリア活性をモニタリングできる蛍光プローブを用いた観察では、バイアビリティの低下以前に、ミトコンドリアの分極度合いが低下することが見出された。このことはアルミニウムイオンが細胞内に侵入して引き起こされたものか、あるいは細胞表面からのシグナル伝達などによって制御されているものである可能性も示している。また、X線分析により細胞表面の元素分布を調べた結果、アルミニウムの集積とともにカルシウム含量の著しい低下が観察された。これは細胞壁に多量に含まれるカルシウムがアルミニウムによって置換された結果と考えられた。
以上のように、本研究ではアルミニウムイオンのターゲット部位は細胞の内外に複数存在し、同時多発的に阻害を受けている可能性が示された。