フェニールプロパノイド合成系鍵酵素遺伝子の器官特異的発現と環境シグナル応答

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07270216
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 山田 哲治 岡山大学, 農学部, 教授 (00191320)
• 研究分担者: 一瀬 勇規 岡山大学, 農学部, 助教授 (50213004)
• キーワード: フェニールアラニンアンモニアーリアーゼ / PAL / カルコン合成酵素 / CHS / 器官特異的発現 / 環境シグナル / エリシター

研究概要

植物のフェニールプロパノイド二次代謝経路はアントシアニン色素、リグニンを中心とする細胞外皮の構築、紫外線毒の吸収、あるいは病原菌の攻撃に対するファイトアレキシン合成など、多岐にわたる機能を果たしている。エンドウ・フェニールプロパノイド合成系の重要な鍵酵素、フェニールアラニンアンモニア・リアーゼ(PAL)およびカルコン合成酵素(CHS)をコードする遺伝子は多重遺伝子ファミリーを形成しているが、それぞれのメンバーの植物各器官および組織特異的発現、あるいは外的環境要因による遺伝子発現調節機構に関しては未知の部分が多い。本研究では、色素生産やストレス応答において特に重要な役割を担うフェニールプロパノイド二次代謝合成系の鍵酵素をコードするPAL遺伝子、およびCHS遺伝子をモデルとして、多重遺伝子ファミリーの各メンバーの植物各器官・組織特異的発現に関わる制御領域を同定するとともに、鍵となる制御タンパク質をコードする遺伝子を単離して、フェニールプロパノイド二次代謝経路を支配する遺伝的制御プログラムを分子生物学的に解析することを目的としている。以下に成果の概要を列記する。
1. 遺伝子改変プロモータを用いたLoss of functionの実験結果から、PSPAL1遺伝子5′-プロモータ領域に含まれるエリシターによる発現誘導応答に必要なシス因子として、box1 (L-box) ,box2 (P-box) ,box4 (AT-box)があげられた。このことはbox2とbox4を2-4ユニット繰り返し配列で繋いだキメラ・プロモータを用いたGain of function実験からも更に裏付けられた。これらのシス因子は単独ではプロモータ活性化に及ぼす効果が少なく、協調的に働いていると予想された.
2. 上記トランジエントアッセイの解析に加え、box1 (L-box) ,box2 (P-box) ,box4 (AT-box)各ボックスシークエンスを除去した遺伝子改変プロモータをGUSレポータ遺伝子に連結したpBI系遺伝子組換えプラスミドをタバコに導入し、トランスジェニックタバコにおけるin planta loss of function実験を行った.その結果、これらのボックスシークエンスは、エリシターやUV照射による発現誘導応答に必要であるばかりでなく、basalなPSPAL1,PSPAL2プロモータの発現にも影響を及ぼすことが明らかとなった.現在、これらのボックスシークエンスの器官・組織特異的発現に果たす役割を検討している。

研究成果

• [文献書誌] Kato,H.et al.: "Characterization of nuclear factors for elicitor-mediated activation of the promoter of the pea phenylalanine ammonia-lyase genel." Plant Physiology. 108. 129-139 (1995)
• [文献書誌] Wada,M.,et al.: "Supprescin from a phy to pathogenic fungus deacti vates transcription of a plant defense gene encoding phenylalanine ammonia-lyase." J.MoL Biol.249. 513-519 (1995)
• [文献書誌] Toyoda,K.,et al.: "Plant lectinsinduce the production of a phytoalexin in Pisum sativum." Plant Cell PhysioL. 36. 799-807 (1995)
• [文献書誌] Hiramoto,T.,et al.: "The relauonship between systemic resistance induced by pruning and accumulation of antifungal substances in barley seedling." J.Phytopath. 143. 43-46 (1995)
• [文献書誌] Hiramoto,T.,et al.: "Signal molecules inducing systemic resistance and susceptibility in barley seedling." J.Phytopath. 143. 47-51 (1995)
• [文献書誌] Nasu,K.,et al.: "Suppression of the activation of chitinase and β-1,3-glucanase in pea epicotyls by endogenous suppressor from Pisum sativum." Ann.Phytopath.Soc.Japan. 61. 13-17 (1995)
• [文献書誌] Kiba,A.,et al.: "Specific inhibition of cell wall-bound A TPase by fungal suppressor from Mycosphaerella pinodes." Plant Cell PhysioL. 36. 809-817 (1995)
• [文献書誌] Amano,M.,et al.: "H^+-translocating activity in proteoliposomes reconstituted with pea plasma membrane ATP ase and its inhibition by fungal suppressor from Mycosphaerella pinodes." Ann.Phytopathol.Soc.Japan. 61. 134-136 (1995)
• [文献書誌] Shiraishi,T.,et al.: "Phenylalanine ammonia-lyase in barly : Activity enhancementin response to Erisiphe graminis f.sp.hordei (race 1) a pathogen,and Erisiphe pisi,a nonpathogen." PhysioL Mol.Plant Pathol.46. 153-162 (1995)
• [文献書誌] Shiraishi,T.,et al.: "Regulation of plant defense responses by signals from fungal pathogens." 日本農芸化学会誌. 69. 174-177 (1995)
• [文献書誌] 白石友紀・山田哲治: "植物感染を制御する病原菌シグナル" バイオサイエンスとインダストリー. 53. 16-21 (1995)
• [文献書誌] 山田哲治・白石友紀: "バイオテクノロジーによる植物の病害抵抗性機構の解明とアグリメデイカル的有用植物の創造" New Food Industry. 37. 65-71 (1995)
• [文献書誌] Saleh,N.H.et al.: "Expression of heterologous pal gene in Muskmelon (Cuoumis meloL.Birdie)." Asia Pacific Journal of Molecular Biology and Biotechnology. 3. 206-214 (1995)
• [文献書誌] Tan.S.H.et al.: "Establishment of a system for the transient expression of GUS gene in electroporated muskmelon (Cucumis melo L.) protoplasts." Asia Pacific Journal of Molecular Biology and Biotechnology. 3. 156-159 (1995)
• [文献書誌] Seki,H.et al.: "Analysis of cis-regulatory elements involved in the activation of a member of chalcone synthase gene famoly (PsCHS1) in pea." Plant Mol.Biol.in press.(1996)
• [文献書誌] 山田哲治他: "植物感染機構の進化を考える" 日本植物病理学会, 15 (1995)
• [文献書誌] 山田哲治: "植物病理学事典" 養賢堂, 7 (1995)