植物における細胞死制御機構の解明

• Project/Area Number: 15770023
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 植物生理・分子
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山田 真紀 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 講師 (10332595)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 細胞死 / アポトーシス / ストレス応答 / プログラム細胞死 / 環境応答 / カルシウム / 活性酸素 / 小胞体 / シロイヌナズナ / 環境適応

Research Abstract

本研究では、植物の環境ストレス適応や病原抵抗性と深い関わりを持つAtBI-1(Arabidopsis Bax Inhibitor-1)遺伝子の機能解析を中心に行い、本年度は以下の研究成果を得た。
AtBI-1を過剰発現する植物細胞はサリチル酸、過酸化水素、イモチ病菌由来のエリシターなどが引き起こす細胞死を抑制するが、その際、活性酸素種の生成量には変化をもたらさないことが明らかとなった。すなわち、AtBI-1は過酸化水素が発生した後の過程で働くことにより細胞死を抑制すると考えられた。その過程で関与する因子として、前年度の解析からPmr1やSpf1などのカルシウムポンプの機能がAtBI-1の細胞死抑制活性に必要であることが明らかとなっている。本年度はこのカルシウムポンプの阻害剤であるCPAを用いることにより、AtBI-1の機能についてさらに詳細な解析をおこなった。AtBI-1を過剰発現させた細胞はCPAに対して耐性を示すことが明らかとなった。CPAを植物細胞に処理するとサイトゾルのカルシウム濃度が一過的に上昇し、細胞死が誘導される。AtBI-1を過剰発現させたシロイヌナズナやタバコのBY-2細胞は共にCPAによって引き起こされる細胞死が低いレベルに押さえられていた。また、エクオリンを用いたサイトゾルカルシウムの定量実験により、AtBI-1を過剰発現する細胞内ではカルシウムホメオスタシスが変化していることが示唆された。また、ストレス処理により細胞質に放出されたカルシウムはカルモジュリンと結合して、下流のさまざまな因子の調節を行うことが知られているが、本研究によりAtBI-1がカルモジュリン結合タンパク質であることが明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] Mitochondrial fission regulator, DRP3B does not regulate cell death in plant. (2006)
  • Author(s): Yoshinaga et al.
  • Journal Title: Annals of Botany 印刷中
• [Journal Article] Enhanced difydroflavonol-4-reductase activity and NAD homeostasis leading to cell death tolerance in transgenic rice. (2005)
  • Author(s): Hayashi et al.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 102 Pages: 7020-7025
• [Journal Article] A novel Arabidopsis gene causes Bax-like lethality in Saccharomyces cerevisiae. (2005)
  • Author(s): Kawai-Yamada et al.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 280 Pages: 39468-39473
• [Journal Article] Functional analysis of Arabidopsis thaliana ethylene-responsive element binding protein, AtEBP, conferring resistance to Bax- and abiotic stress-induced plant cell death. (2005)
  • Author(s): Ogawa et al.
  • Journal Title: Plant Physiology 138 Pages: 1436-1445
• [Journal Article] Mitochondrial behavior in the early stages of ROS stress leading to cell death in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • Author(s): Yoshinaga et al.
  • Journal Title: Annals of Botany 96 Pages: 337-342
• [Journal Article] Mammalian Bax initiates plant cell death through organelle destruction. (2005)
  • Author(s): Yoshinaga et al.
  • Journal Title: Plant Cell Reports 24 Pages: 408-417
• [Journal Article] Mammalian Bax initiates plant cell death through organelle destruction. (2005)
  • Author(s): Yoshinaga et al.
  • Journal Title: Plant Cell Reports (印刷中)
• [Journal Article] Maize plants mutated in NAD(P)H-dependent HC-toxin reductase gene (Hm1) is vulnerable to H_2O_2 stress. (2005)
  • Author(s): Hayashi et al.
  • Journal Title: Plant Biotechnology (印刷中)
• [Journal Article] High throughput metabolome and proteome analysis of transgenic rice plant (Oryza sativa L.). (2005)
  • Author(s): Takahashi et al.
  • Journal Title: Plant Biotechnology (印刷中)
• [Journal Article] Dissection of Arabidopsis Bax Inhibitor-1 suppressing Bax, hydrogen peroxide and salicylic acid-induced cell death. (2004)
  • Author(s): Kawai-Yamada et al.
  • Journal Title: Plant Cell 16 Pages: 21-32
• [Journal Article] Bax-induced cell death of Arabidopsis is mediated through reactive oxygen dependent and -independent processes. (2004)
  • Author(s): Baek et al.
  • Journal Title: Plant Molecular Biology 56 Pages: 15-27
• [Journal Article] Isolation and characterization of Arabidopsis thaliana ISU1 gene. (2004)
  • Author(s): Tone et al.
  • Journal Title: Biochimica Biophysica Acta 1680 Pages: 171-175
• [Patent(Industrial Property Rights)] AtBI-1を用いた雄性不稔植物の製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 鳥山欽也, 川邊隆大, 内宮博文, 山田真紀
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東北大学
  • Industrial Property Number: 2005-174312
  • Filing Date: 2005-06-14
• [Publications] Matsumura et al.: "Overexpression of Bax-inhibitor suppresses the fungal elicitor-induced cell death in rice (Oryza sativa L.) cells."Plant Journal. 22. 425-434 (2003)
• [Publications] Kawai-Yamada et al.: "Dissection of Arabidopsis Bax inhibitor-1 suppressing Bax, hydrogen peroxide and salicylic acid-induced cell death."Plant Cell. 16. 21-32 (2004)