緑葉液胞のMATE型トランスポータのアルカロイド輸送能とシンク機能分化

• Project/Area Number: 19039019
• 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 Kyoto University, 生存圏研究所, 教授 (00191099)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥4,200,000 (Direct Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2008: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2007: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 液胞 / タバコ / アルカロイド / MATE / 高次機能 / MATE型トランスポータ / 膜輸送 / 生体防御

Research Abstract

植物の生産するアルカロイドは、強い細胞毒性を有し、補食生物や病原微生物から植物を守っているとされる。アルカロイドは液胞内に隔離されることが多いが、これによりアルカロイドを安全に生産・蓄積しながら傷害ストレス時にはその機能が果たせる。
タバコのアルカロイドであるニコチンは、傷害応答等に応答し根で生産誘導され、葉に転流されて高蓄積する。申請者は、タバコ培養細胞BY2のニコチン生産がジャスモン酸で誘導されることを利用し、ニコチントランスポータの候補遺伝子としてMATEのcDNA3種を得た。本研究ではMATE蛋白について、その液胞局在とニコチン輸送機能を生化学的に解明し、根からのアルカロイド転流の分子機構の解明と、アンローディング時の物質移動の実態を突き止め、障害・感染応答に寄与する液胞機能について明らかにすることを目的とした。
Nt-T401(NtJAT-1と命名)については、特異的ペプチド抗体を用いて緑葉の液胞に局在すること、また酵母において発現させ明確なニコチン輸送活性を示すことを証明した。また、プロテオリポソーム再構成系を用いて、プロトン/ニコチン対向輸送体であることを示した。
Nt-C215は通常の育成条件下ではほとんど発現が見られないのに対し、ジャスモン酸投与で特異的、かつ飛躍的に発現が上昇することが判明した。またその発現組織は葉に特異的であり、他の組織では全く検出されなかった。なお、この遺伝子に関しては、パラログが存在しており、アミノ酸配列がわずかに異なるものが約3:1の割合で発現していた。
Nt-T449に関しては、ジャスモン酸に応答して茎での発現のみが上昇することが判明した。それぞれの発現パターンは特有であり、高次機能としては別々の役割を果たしていることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Unusual expression of an Arabidopsis ATP-binding cassette transporter ABCC11 (2009)
  • Author(s): Kamimoto, Y.
  • Journal Title: Plant Biotechnol. 26 Pages: 261-265
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vacuolar transport of nicotine is mediated by a novel multidrug and toxic compound extrusion (MATE) transporter in Nicotiana tabacum (2009)
  • Author(s): Morita, M.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 Pages: 2447-2452
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Secondary transport as an efficient membrane transport mechanism for plant secondary metabolites (2008)
  • Author(s): Yazaki, K.
  • Journal Title: Phytochem. Rev. 7 Pages: 513-524
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plant ABC proteins-unified nomenclature and updated inventory (2008)
  • Author(s): Verrier, P.J.
  • Journal Title: Trends in Plant Science 13 Pages: 151-159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Secondary transport as an efficient membrane transport mechanism for plant secondary metabolites (2008)
  • Author(s): Yazaki, K.
  • Journal Title: Phytochemistry Review (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of a soybean ATP-binding cassette-type transporter in the secretion of genistein, a signal flavonoid in legume-Rhizobium symbiosis. (2007)
  • Author(s): Sugiyama, A.
  • Journal Title: Plant Physiology 144 Pages: 2000-2008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plant ABC proteins-unified nomenclature and updated inventory (2007)
  • Author(s): Shitan, N.
  • Journal Title: Current Pharmaceutical Biotechnology 8 Pages: 244-252
  • Peer Reviewed
• [Presentation] タバコMATE型トランスポーターNtC215の発現解析 (2009)
  • Author(s): 伊藤慎悟
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] ニコチン輸送に関与するタバコMATE型トランスポータの機能解析 (2008)
  • Author(s): 森田匡彦
  • Organizer: 第25回日本農芸化学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] ABC proteins responsible for the membrane transport of signal molecules in plant roots. (2008)
  • Author(s): Kazufumi Yazaki
  • Organizer: 2nd FEBS Special Meeting, ATP-binding cassette proteins (ABC2008)
  • Place of Presentation: Innsbruck, Autria
  • Year and Date: 2008-03-03
• [Presentation] Transporters for Plant Secondary Metabolites (2007)
  • Author(s): Kazufumi Yazaki
  • Organizer: PSE Congress-Plants for human health in the post genome era-
  • Place of Presentation: Helsinki, Finland
  • Year and Date: 2007-08-28
• [Presentation] タバコ由来のMATE型トランスポータの発現特性と生理機能 (2007)
  • Author(s): 森田匡彦
  • Organizer: 第25回日本植物細胞分子生物学会
  • Place of Presentation: 千葉市
  • Year and Date: 2007-08-08
• [Book] Cell and molecular biology of ATP-binding cassette proteins, in plants (2009)
  • Author(s): Yazaki, K
  • Publisher: Elsevier(印刷中)
• [Book] Plant Genetic Engineering Vol.9, Plant membrane and vacuolar transporters
  • Author(s): Shitan, N.
  • Publisher: Studium Press LLC(In press)