温度シグナルに対する植物細胞壁の応答機構

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11640654
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 保尊 隆享 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70135771)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若林 和幸 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (10220831)
• Keywords: 細胞壁 / 細胞壁伸展性 / 温度 / 環境シグナル / アズキ上胚軸 / キシログルカン / シキログルカン分解酵素 / 成長調節

Research Abstract

本研究の目的は、植物が、主な環境要因である温度シグナルに対して、どのように細胞壁の性質を変化させて応答するかを解明することにある。昨年度までの研究により、10〜50℃の温度範囲での植物芽ばえの成長速度が細胞壁伸展性によって調節されていることが明らかになった。本年度は、双子葉植物であるアズキ上胚軸を用い、細胞壁伸展性を決定する細胞壁多糖代謝に対する温度の影響を検討した。
まず、暗所10〜50℃の温度範囲で生育したアズキ上胚軸の各細胞壁多糖のレベルを測定した。細胞壁多糖の単位長さ辺りのレベル、すなわち厚みには、温度による明確な違いが見られなかった。すなわち、アズキ上胚軸では、細胞壁多糖の蓄積量は細胞壁伸展性を決める要因ではない。そこで、次に、もう一つの主要なパラメータである細胞壁多糖の分子サイズに着目した。各温度下で生育しているアズキ上胚軸細胞壁からペクチン、ヘミセルロースI、及び同II画分を調製し、HPLCを用いて各々の分子量を調べたところ、ペクチン並びにヘミセルロースI画分では温度の影響は認められなかったが、ヘミセルロースII画分の平均分子量は最適温度下の上胚軸で最も小さく、この温度から離れるにしたがって増大していた。そのような分子量の変化は、この画分の主成分であるキシログルカンの分子量変化に由来していた。そこでさらに、各上胚軸から細胞壁タンパク質を抽出し、キシログルカン加水分解酵素活性を測定した。活性は最適温度下の上胚軸で最も高く、この温度から離れるにしたがって低下した。キシログルカンの平均分子量と細胞壁伸展性、またキシログルカン分解活性と伸展性との間には高い相関が見られた。以上のように、10〜50℃の温度範囲で生育したアズキ上胚軸では、キシログルカン分解酵素活性の変動によってキシログルカンの分子量変化が起こり、その結果細胞壁伸展性が変化するために成長速度が調節されることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] Kaku, T.: "Action of xyloglucan hydrolase within the native cell wall architecture and its effect on cell wall extensibility in azuki bean epicotyls"Plant and Cell Physiology. 43・1. 21-26 (2002)
• [Publications] Hoson, T.: "Physiological functions of plant cell coverings"Journal of Plant Research. 115・4(in press). (2002)
• [Publications] 保尊隆亨: "植物細胞工学シリーズ17 植物オルガネラの分化と多様性"秀潤社(印刷中). (2002)