ザゼンソウの発熱現象における新規UCP分子の機能解析

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18380196
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: 伊藤 菊一 Iwate University, 農学部, 教授 (50232434)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉川 信幸 岩手大学, 農学部, 教授 (40191556)
• Keywords: ザゼンソウ / 植物の熱産生 / ミトコンドリア / 脱共役蛋白質 / ウイルス感染 / シアン耐性呼吸酵素 / 肉穂花序 / 呼吸制御

Research Abstract

ザゼンソウは寒冷環境下でその肉穂花序と呼ばれる特異的な器官が発熱し、かつ、その体温を20度内外に維持できるサトイモ科の植物である。本研究においては、発熱植物ザゼンソウにおける熱産生メカニズムを明らかにすることを目的に、ミトコンドリアに存在する脱共役蛋白質(UCP)に着目した研究を行った。特に、今年度においては、ミトコンドリア膜電位と酸素消費量を同時に測定できる実験系の確立に成功し、ザゼンソウのUCP活性を精密に測定することが可能となった。また、ミトコンドリアにおける呼吸制御をより深く理解するため、UCP分子とともにシアン耐性呼吸酵素(AOX)の機能に関する解析も推進した。さらに、一般的に非発熱植物と見なされているタバコを用い、ウイルス感染における熱産生現象サーモグラフィーを用いて検証することを試みた。得られた成果は以下の通りである。
新たに確立した実験系を用いることにより、ザゼンソウ肉穂花序の小花から調製したミトコンドリアは明確なUCP活性を有することが明らかとなった。また、UCP分子は特異抗体を用いたウエスタン解析により、SDS-PAGE上で29kDaに1本の明確なバンドとして検出された。これまで動植物で発現しているUCPは全てウエスタン解析において32kDaの移動度を示す分子として報告されていることから、ザゼンソウにおいてUCP活性を有する分子は、従来のUCPとは異なるタイプであることが強く示唆された。また、UCP活性を有するミトコンドリアにおいては、ピルビン酸により賦活化されうるAOXが発現していることが判明した。従って、ザゼンソウにおいては、29kDaの新規UCP分子とAOXの共発現が重要な機能を有している可能性が高い。一方、ある種のウイルスを感染させたタバコの葉は、特定の時期に明確な発熱現象を示すことが明らかとなった。現在、当該熱産生プロセスにおいて、ザゼンソウで機能しているUCPやAOXが関与しているかどうかを検討しようとしている。

Research Products

• [Journal Article] Functional coexpression of the mitochondrial alternative oxidase and uncoupling protein underlies thermoregulation in the thermogenic florets of skunk cabbage. (2008)
  • Author(s): Y. Onda, Y. Kato, Y. Abe, T. lto, M. Morohashi, Y. Ito, M. Ichikawa, K. Matsukawa, Y. Kakizaki, H. Koiwa, K. Ito
  • Journal Title: Plant Physiology 146 Pages: 636-645
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pyruvate-sensitive AOX exists as a non-covalently associated dimer in the homeothermic spadix of the skunk cabbage, Symplocarpus renifo-lius. (2007)
  • Author(s): Y. Onda, Y. Kato, Y. Abe, T. Ito, Y. Ito-lnaba, M. Morohashi, Y. Ito, M. Ichikawa, K. Matsukawa, M. Otsuka, H. Koiwa, K. Ito
  • Journal Title: FEBS Letters 581 Pages: 5852-5858
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modeling of the thermoregulation system in the skunk cabbage: Sym-plocarpus foetidus (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, T. Itc, T. Endo, S. Chiba, K. Ito, H. Oasada
  • Journal Title: Physical Review E 76 Pages: 031918-1 031918-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 発熱する植物たち -サーモカメラが捉えた発熱現象- (2007)
  • Author(s): 恩田義彦, 伊藤菊一
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー 11 Pages: 8 9
• [Journal Article] The combinations of the two amino acids(Ala40 and Phe75 or Ser40 and Tyr75)in the coat protein of apple chlorotic leaf spot virus are crucial for infectivity. (2007)
  • Author(s): Yaegashi, H., Isogai, M., Tajima, H., Sano, T., and Yoshikawa, N.
  • Journal Title: J. Gen. Virol. 89 Pages: 2611-2618
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of spatial distribution of two virus populations differently labeled with cyan and yellow fluorescent proteins in co-infected plants. (2007)
  • Author(s): Takahashi, T., Sugawara, T., Yamatsuta, T., Isogai, M., Natsuaki, T., and Yoshikawa, N.
  • Journal Title: Phytopathology 97 Pages: 1200-1206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cheravirusand Sadwavirus: two unassigned genera of plant positive-sense single-stranded RNA viruses formerly considered atypical members of the genus Nepovirus(family Comoviridae). (2007)
  • Author(s): Le Gall, O., Sanfacon, H., Ikegami, M., Iwanami, T., Jones, T., Karasev, A., Lehto, K., Wellink, J., Wetzel, T., and Yoshikawa, N
  • Journal Title: Arch. Virol. 152 Pages: 1767-1774
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of virus-induced gene silencing in tobacco plants infected with Apple latent spherical virus. (2007)
  • Author(s): Yaegashi, H., Yamatsuta, T., Takahashi, T., Li, C., Isogai, M., Kobori, T., Ohki, S., and Yoshikawa, N.
  • Journal Title: Arch. Virol. 152 Pages: 1839-1849
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The multifunctional roles of Apple chlorotic leaf spot virus 50KP movement protein. (2007)
  • Author(s): Isogai, M., Yaegashi, H., and Yoshikawa, N.
  • Journal Title: Plant viruses 1 Pages: 135-141
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The co-expression of the mitochondrial SfAOX and SfUCPb genes underlies the mechanism of homeothermic regulation in thermogenic florets of the skunk cabbage, Symplocarpus foetidus. (2007)
  • Author(s): Y. Onda, K. Ito
  • Organizer: 8th International Plant Cold Hardiness Seminar
  • Place of Presentation: University of Saskatoon, Canada
  • Year and Date: 20070803-09
• [Presentation] Thermoregulation system in the skunk cabbage, Symplocarpus foetidus (2007)
  • Author(s): K. Takahashi, T. Ito, T. Endo, S. Chiba, K. Ito, H. Oasada
  • Organizer: Dynamics Days Europe 2007
  • Place of Presentation: Loughborough University, UK
  • Year and Date: 20070709-13
• [Presentation] 寒冷環境におけるザゼンソウの発熱制御システム (2007)
  • Author(s): 伊藤菊一
  • Organizer: 平成19年度日本生物工学会北日本支部仙台シンポジウム「生物のユニークな環境適応戦略 -その分子機構と応用ポテンシャル-」
  • Place of Presentation: 仙台市戦災復興記念館
  • Year and Date: 2007-07-19
• [Book] 花はなぜ咲くの? 植物まるかじり叢書 (2008)
  • Author(s): 伊藤菊一(分担執筆)
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks]
  • URL: http://news7al.atm.iwate-u.ac.jp/zazensou/main/achievement.html