脂肪酸代謝をエフェクターとする植物酸化ストレス応答細胞死の機構

• Project Area: Signaling functions of reactive oxygen species
• Project/Area Number: 21117505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 川合 真紀 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10332595)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2010: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2009: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 活性酸素 / ストレス / 分子育種 / 植物生理学 / 脂質

Research Abstract

植物が受ける環境ストレスの多くは光合成電子伝達系を阻害し、植物細胞内に活性酸素種を発生させ、酸化ストレスをもたらす。本研究では、生物界に保存された酸化ストレス誘導性細胞死の抑制因子として、Bax Inhibitor-1(BI-1)に注目し、BI-1による酸化ストレス耐性獲得機構の分子メカニズムを明らかにすることを目的として研究をおこなった。
小胞体膜上に局在するBI-1の相互作用因子として単離されたスフィンゴ脂質ヒドロキシル化酵素(FAH)の解析に加え、脂肪酸伸長酵素(ELO)との相互作用に関する解析を進めた。シロイヌナズナには4種類のELO(ELO1-4)が存在する。酵母を用いた2-hybrid法、植物細胞を用いたBiFC法により、このうち、ELO1及びELO2がCb5と相互作用することが示され、一方、ELO3及びELO4については相互作用を示さないことが明らかとなった。小胞体膜上にFAHを含めたこれらの因子が集合体として存在する可能性が考えられた。また、これらの脂質代謝酵素の産物は特にスフィンゴ脂質に含まれる事が知られている。BI-1を高発現させたイネの培養細胞はメナジオンなどの酸化ストレス薬剤に対する耐性を獲得する。この細胞より細胞膜を単離し、さらに界面活性剤に耐性を示すマイクロドメインを精製し、膜組成の解析を行った。その結果、BI-1を高発現する綱胞では2-ヒドロキシ脂肪酸量が増加していることが確認された。さらにこのマイクロドメインに存在するタンパク質のプロテオーム解析を行った結果、複数のタンパク質の量が変化していることが明らかとなった。今後、これらの機能を明らかにすることによって植物の酸化ストレス応答を分子レベルで解明できると期待される。

Research Products

• [Journal Article] Metabolite analysis of Polygonaceous plants (2010)
  • Author(s): Miyagi, et al.
  • Journal Title: Metabolomics Volume: 6 Pages: 146-155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolome analysis of response to oxidative stress in rice suspension cells overexpressing cell death suppressor Bax inhibitor-1 (2010)
  • Author(s): Ishikawa, et al.
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 51 Pages: 9-21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolome and photochemical analysis of rice plants over-expressing A rabidopsis NAD kinase gene (2010)
  • Author(s): Takahara, et al.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 152 Pages: 1863-1873
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Loss of calmodulin binding to Bax Inhibitor-1 affects Pseudomonas-mediated hypersensitive response-associated cell death in Arabidopsis thaliana (2009)
  • Author(s): Kawai-Yamada, et al.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 284 Pages: 27998-28003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional association of cell death suppressor, Arabidopsis Bax Inhibitor-1, with fatty acid 2-hydroxylation through cytochrome b_5 (2009)
  • Author(s): Nagano, et al.
  • Journal Title: Plant J. Volume: 58 Pages: 122-134
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pleiotropic modulation of carbon and nitrogen metabolism in Arabidopsis plants overexpressing NAD kinase 2 gene. (2009)
  • Author(s): Takahashi, et al.
  • Journal Title: Plant Phys. Volume: 151 Pages: 100-113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of the relative sizes of rate constants for chlorophyll de-excitation processes through comparison of inverse fluorescence intensities. (2009)
  • Author(s): Kasajima, et al.
  • Journal Title: Plant Cell Phys. Volume: 50 Pages: 1600-1616
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A gene encoding SMALL CIDIC PROTEIN 2 potentially mediates the response to synthetic auxin, 2,4-dichlorophenozyacetic acid, in Arabidopsis thaliana. (2009)
  • Author(s): Nakasone, et al.
  • Journal Title: J.Plant Phys. Volume: 166 Pages: 1307-1313
  • Peer Reviewed
• [Presentation] AtBI-1を介した植物細胞死制御機構におけるスフィンゴ脂質脂肪酸代謝酵素の関与 (2010)
  • Author(s): 長野稔, ら
  • Organizer: 第23回植物脂質シンポジウム
  • Place of Presentation: 中部大学、名古屋
  • Year and Date: 2010-11-26
• [Presentation] 細胞死抑制因子Bax inhibitor-1の作用機構におけるスフィンゴ脂質代謝と脂質ラフトの役割 (2010)
  • Author(s): 石川寿樹, ら
  • Organizer: 第23回植物脂質シンポジウム
  • Place of Presentation: 中部大学、名古屋
  • Year and Date: 2010-11-26
• [Presentation] Proteome analysis of detergent-resistant membrane in rice cells overexpressing Bax Inhibitor-1 (2010)
  • Author(s): 石川寿樹, ら
  • Organizer: 国際シンポジウム、農学プロテーム研究の最前線
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2010-11-19
• [Presentation] 細胞死抑制因子Bax inhibitor-1過剰発現イネ培養細胞における界面活性剤不溶性膜のプロテオーム解析 (2010)
  • Author(s): 石川寿樹, ら
  • Organizer: 日本植物学会第74回大会
  • Place of Presentation: 中部大学、名古屋
  • Year and Date: 2010-09-10
• [Presentation] Plant cell death and lipid metabolism (2009)
  • Author(s): Maki Kawai-Yamada, 他
  • Organizer: The Third Asian Symposium on Plant Lipids/The 22nd Japanese Symposium on Plant Lipids
  • Place of Presentation: Yokohama、Japan
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] Analysis of detergent-registant membrane in rice cells overexpressing Bax Inhibitor-1 (2009)
  • Author(s): Toshiki Ishikawa, 他
  • Organizer: The Third Asian Symposium on Plant Lipids/The 22nd Japanese Symposium on Plant Lipids
  • Place of Presentation: Yokohama、Japan
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] シロイヌナズナの細胞死抑制因子AtBI-1とCb5様ドメイン融合タンパク質の相互作用解析 (2009)
  • Author(s): 小川由恵, 他
  • Organizer: 第27回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 日本大学生物資源科学部湘南キャンパス
  • Year and Date: 2009-07-31
• [Presentation] 細胞死抑制因子Bax inihibitor-1過剰発現イネ培養細胞のメタボローム解析 (2009)
  • Author(s): 石川寿樹, 他
  • Organizer: 第27回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 日本大学生物資源科学部湘南キャンパス
  • Year and Date: 2009-07-31
• [Presentation] スフィンゴ脂質脂肪酸代謝を介したAtBI-1による植物細胞死抑制機構の解析 (2009)
  • Author(s): 長野稔, 他
  • Organizer: 第27回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 日本大学生物資源科学部湘南キャンパス
  • Year and Date: 2009-07-31
• [Presentation] Calmodulin binding associated with cell death suppression activity of Arabidopsis Bax Inhibitor-1 (2009)
  • Author(s): Kawai-Yamada, et al.
  • Organizer: Plant Biology 2009
  • Place of Presentation: Hawai, Oafu