植物の塩・乾燥ストレスに対する応答のメカニズム

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08044199
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 和田 敬四郎 金沢大学, 理学部, 教授 (70028174)
• 研究分担者: シュレーダー J.I. カリフォルニア大学, 生物学分子遺伝センター, 助教授 ; ブレッソン R.A. パーテュー大学, 園芸学, 教授 ; ハセガワ P.M. パーデュー大学, 植物環境ストレス生理センター, 教授 ; ハンソン A.D. フロリダ大学, 園芸学, 教授 ; ボーナート H.J. アリゾナ大学, 生化学, 教授 ; 佐藤 文彦 京都大学, 農学部, 教授 (10127087) ; 篠崎 一雄 理化学研究所, ライフサイエンス筑波研究センター, 主任研究員 (20124216) ; 高部 鉄子 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 助教授 (60089852)
• キーワード: プロリン / ベタイン / ポリオール / 塩ストレス / 乾燥ストレス / DMSP / 遺伝子改変植物 / 適合溶質

研究概要

本研究の目的は、塩・乾燥ストレス下におかれた植物がどのように環境要因の過剰な変化をシグナルとして受容し、それらに応答し、さらに馴化して行くかというメカニズムを解明すると共に、それらを応用して苛酷な環境条件、特に塩環境・乾燥環境に耐え得る新しい植物の作出の可能性を探ろうとするものである。
中でも、1)プロリン、ベタインおよびポリオール等の適合溶質の生成機構を、2)塩が植物体内に取り込まれるメカニズミを明らかにし、これらの植物への賦与の方策を、またそれらを評価する方法を探ることである。
日本側4名(研究代表者を含む)とアメリカ側5名の分担者は、目的に揚げた個々の分担課題を推進することに努めたが、スタート時点での情報交換を密にする目的で平成8年10月2日・3日の両日、アメリカ側分担者5名(うち代理2名*)を金沢に呼び、今後の研究の進め方に関し、情報交換し、検討した。また、日本側からは共同研究のために3名をアメリカへ派遣することができた。個々の分担研究では、塩・乾燥ストレス時のプロリン蓄積に関する新しい事実が明らかになり(和田・篠崎)、また予備的に進めて来た遺伝子改変植物の評価法に関してもアラビドプシスを使って、非常に簡便な方法を確立することができた(和田)。高倍はイネとタバコにベタイン合成系の遺伝子を組み込む実験に成功している。篠崎はプロリン分解系に重要なプロリン脱水素酵素について乾燥ストレスを解消すると遺伝子発現がスタートすることを見つけた。アメリカ側の分担者も新しい適合溶質DMSPの生合成経路の確立(ハンソン)や浸透ストレス適応に係わる膜タンパク質の構造変異とその機能変化(ハセガワ・ブレサン)を、K^+高親和性トランスポーターHKT1がNa^+の取り込みにも重要な働きをしていることを見つけた(シュレーダー)など、成果は着実に上がっている。
*代理の2名については、本研究経費の招聘のための経費を使うことができず、委任経理金を使用せざるを得ず、アメリカ側の経費可能使途との違いによる誤解の調整に手間取った。

研究成果

• [文献書誌] I.Mendoza et al.: "Activated calcineurin confers high tolerance to ion stress and alters the budding patterns and cell." J.Biol.Chem.271. 23061-23067 (1996)
• [文献書誌] R.Prieto et al.: "Salt sensitive mutants of Chlamydomonas reinharditii isolated after insertional tagging." Plant Physiol.112. 99-104 (1996)
• [文献書誌] N.C.Carpita et al.: "Cellular mechanisms of salt and water stress tolerance in plants." Scien.Hort.280. 341-352 (1996)
• [文献書誌] C.Trossat et al.: "Evidence that the pathway of dimethyl-sulfonio-propionate biosynthesis begins in the cytosol end." Plant Physiol.111. 965-973 (1996)
• [文献書誌] P.Harinasut et al.: "Exogenous glycinebetaine accumulation and increased salt tolerance in rice seedlings" Biosci.Biotec.Biochem.60. 366-369 (1996)
• [文献書誌] T.Nakamura et al.: "Distribution of glycinebetaine in old and yound leaf blades of a salt-stressed barley plant." Plant Cell Physiol.37. 873-877 (1996)
• [文献書誌] K.Shinozaki et al.: "Molecular responses to drought and cold stress." Current Opinion in Biotech.7. 161-167 (1996)
• [文献書誌] T.Mizoguchi et al.: "A gene encoding a mitogen-activated protein kinase kinase kinase is induced simulataneously with genes for a mitogen-activated protein." Proc.Natl.Acd.Sci.,USA. 93. 765-769 (1996)
• [文献書誌] T.Kiyosue et al.: "A nuclear gene encoding mitochondrial proline dehydrogenase,an enzyme involved in proline metabolism,is…" The Plant Cell. 8. 1323-1335 (1996)
• [文献書誌] T.Mizoguchi et al.: "Environmental stress response in plants: The role of mitogen-activa-ted protein kinases (MAPKs)." Trend in Biotech.(in press). (1996)
• [文献書誌] F.Sato et al.: "Ethylene-induced gene expression of osmotin-like protein,a neutral isoform of tobacco PR-5,is…" Plant Cell Physiol.37. 249-255 (1996)
• [文献書誌] M.Ishitani et al.: "Coordinate transcriptional induction of myoinositol metabolism during environmental strees." The Plant J.9. 537-548 (1996)
• [文献書誌] H.J.Bohnert: "Metabolic engineering for increased salt tolerance--the next step." Aust.J.Plant Physiol.23. 661-667 (1996)
• [文献書誌] H.J.Bohnert: "Strategies for engineering water stress tolerance in plants." Trends in Biotech.14. 89-97 (1996)
• [文献書誌] P.-F.Chang et al.: "Alterations in cell mambrane structure and expression of a membrane associated protein after adapta…" Physiol.Plant.95. 505-516 (1996)
• [文献書誌] X.Niu et al.: "Tissue specific induction of plasma membrane H^+-ATPase gene expression by NaCl." Plant Physiol.111. 679-686 (1996)