2014 Fiscal Year Annual Research Report
植物におけるエネルギー代謝変換に基づく活性酸素回避機構の解明と応用
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24380039
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
山本 洋子 岡山大学, その他部局等, 教授 (50166831)
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2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | アルミニウム耐性 / エネルギー代謝 / 液胞プロセシング酵素 / 細胞死 / スクロースシンターゼ / マイクロアレイ解析 / ミトコンドリア / ＶＰＥ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アルミニウム（Al）による細胞誘発機構やAl耐性機構について、糖代謝・エネルギー代謝に着目し解析を行っている。
Al耐性機構については、タバコ培養細胞株SL（親株）とSL株から我々が単離したAl耐性株を用いた解析を行った。両株で発現している遺伝子についてマイクロアレイ解析を用いて比較したところ、通常の培養条件において、親株と比較して、糖シグナル応答遺伝子群と病原菌感染応答関連遺伝子群が高く発現していた。さらに、エネルギー代謝に関わる遺伝子群においてReal-time RTPCR法で比較した結果、ATPを消費すること無く解糖系へ糖を供給するスクロースシンターゼ、解糖系から発酵へ向かうピルビン酸脱炭酸酵素ならびに乳酸脱水素酵素、ミトコンドリアのTCA回路へ入るためのピルビン酸脱水素酵素を阻害するピルビン酸脱水素酵素キナーゼの遺伝子が、各々親株よりも高く発現していた。これらの結果より、Al耐性細胞株の解糖系の特徴として、親株よりもATPの消費が抑えられ、ミトコンドリアでの酸化的リン酸化よりも発酵系へシフトしていることが強く示唆された。これらの特徴が基盤となって、Al処理に伴うミトコンドリアの機能低下と活性酸素の誘発が、Al耐性細胞株では抑制されAl耐性を獲得していると思われる。
Alによる細胞死誘発機構について、液胞プロセシング酵素（VPE）の関わりを解析している。昨年度行ったタバコ培養細胞を用いた解析結果をもとに、本年度はタバコの根部において解析したところ、Alによる細胞死は、Al処理開始後 9 時間目から12 時間目に見られ、それに同調してVPE遺伝子の増加がみられたことから、VPEは、タバコ培養細胞と同様に、Alによる細胞死の実行因子であることが示唆された。
Al耐性機構の関連で、Al活性型リンゴ酸輸送体について、構造と機能の関係について解析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的のうち、マイクロアレイ解析は順調にすすみ、予想通りの結果と予想とは異なるが興味深い結果が得られたことから、アルミニウム耐性機構をより明瞭に出来た。また、細胞死の誘発機構についても、昨年度、タバコ培養細胞を用いて得られた成果をタバコ植物体で確認することができ、順調に進んでいる。以上、鍵となる遺伝子が複数明瞭になったが、生理機能との関連を明らかにするためにはこれら遺伝子の形質転換体を作成する必要があり、それが遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) タバコ培養細胞株（親株、Al耐性株）を使って解析において、Al耐性株にみられるエネルギー代謝に関わる遺伝子群の発現を促進する転写制御因子を検索する。
(2) タバコ培養細胞株（親株、Al耐性株）を用い、マイクロアレイ法により、Al処理に伴う遺伝子発現の変動を解析する。
(3) タバコ培養細胞を用い、細胞死やエネルギー代謝の鍵酵素遺伝子を用いて発現抑制系統を作成し、Al応答の詳細を解析することで、これら遺伝子の生理機能を解明する。
(4) シロイヌナズナにおいて、細胞死やエネルギー代謝の鍵酵素遺伝子の変異系統を入手し、Al応答の解析を行い、これら遺伝子の生理機能を解明する。
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| Causes of Carryover |
研究補助員として本経費で雇用予定であった者を別経費で雇用したことで、その分の経費が繰り越しとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の研究補助員の雇用を、来年度は再び本経費で行うことと、来年度が最終年度であることから研究のスピードを上げ、消耗品費や論文投稿に向けた経費として使用する。
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