植物が生産する低分子化合物によるAlストレス耐性獲得の分子機構

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09460038
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 松本 英明 岡山大学, 資源生物科学研究所, 教授 (80026418)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 馬 建鋒 岡山大学, 資源生物科学研究所, 助手 (80260389) ; 山本 洋子 岡山大学, 資源生物科学研究所, 助教授 (50166831)
• Keywords: 酸性土壌 / Alストレス / Al耐性 / 低分子化合物 / 分子機構

Research Abstract

エビスグサ(Cassia tora)はAl耐性植物として知られている。エビスグサを50μM AlCl_3(pH4.5)で処理すると、4時間のlagの後、クエン酸が分泌され、クエン酸の分泌量はAl処理濃度に比例して増加した。クエン酸の分泌はAlに対して特異的であった。
酸性土壌でよく生育するアジサイ葉の新鮮重1Kgに15.7mmolのAlが含まれており、その3分の2は細胞溶液中に認められた。そこで生葉および細胞抽出液を^<27>Al-NMRで分析した結果、Al-クエン酸複合体(1:3)のシグナルと一致した。アジサイ葉中の細胞抽出液から純化したAl:クエン酸複合体と同量のAl^<3+>を用いてトウモロコシ根の伸長に対する影響を調べた。その結果、20μM AlCl_3は50%の伸長阻害を示したが、20μMのAlを含む純化したAl:クエン酸複合体は全然阻害しなかった。
ソバの一種はAlに対して強い耐性を示し、50μM AlCl_3(pH4.5)でも生育阻害を受けなかった。分泌物を調べた結果、ソバは蓚酸を分泌することを認めた。葉中のAlの分布を調べた結果、Alの90%が細胞溶液中に存在し、濃度は2.03mMであった。次に葉中のAlの存在形態を生葉および細胞抽出溶液を^<27>Al-NMRで調べた。Alは有機酸と結合し、その主要な有機酸は蓚酸であり50mM含まれていた。
対数増殖期のタバコ培養細胞をAlとFe^<2+>で処理すると細胞中にAlの蓄積、脂質の過酸化、viavilityの低下が処理後8時間でほぼ同時に起こることが認められたが、鉄の蓄積は数時間の遅れで認められた。脂溶性の抗酸化剤である、N、N'-diphenyl-p-phenylenediamin buthylated hydroxyanisol、prophyl gallateはAlとFe^<2+>によって引き起こされる上記の現象の発現を抑えた。

Research Products

• [Publications] Matsumoto,H.: "The mechanisms of Al toxicity and tolerance in higher plants,Proc.International Symposium of Biotechnology and Biodiversity." Oxford and IBH Publishing Co.New Delhi. (in press).
• [Publications] Ma,J.F.: "Specific secretion of citric acid in response to Al stress in Cassia tora L." Plant Cell Physiol. 38. 1019-1025 (1997)
• [Publications] Yamamoto,Y.: "Oxidatiye damage to membranes by a combination of aluminum and iron in suspention-cultured tobacco cells." Plant Cell Physiol. 38. 1333-1339 (1997)
• [Publications] Ma,J.F.: "Detoxify aluminum with buckwheat." Nature. 390. 569-570 (1997)
• [Publications] Ma,J.F.: "A rapid hydoroponic screening system for aluminum tolerance in barley." Plant and Soil. 191. 133-137 (1997)
• [Publications] Ezaki,B.: "Nucleotide sequence of a cDNA for GDP dissociation inhibitor which is induced by aluminum ion stress in tobacco cell culture." Plant Physiol. (in press).
• [Publications] Matsumoto,H.: "次世代に引き継ぐ土と食糧 朝倉書店" 酸性硫酸塩土壌 (印刷中),
• [Publications] Ando,T., Matsumoto,H.et al: "Plant Nutrition for Sustarinable Food Production and Environment." Kluwer Academic Publishers, 972 (1997)