植物の感染防御応答へのシグナル機能をもつオキシダティブバーストの分子生理機構

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09460027
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 道家 紀志 名古屋大学, 農学部, 教授 (80023472)
• 研究分担者: 吉岡 博文 名古屋大学, 農学部, 助手 (30240245) ; 川北 一人 名古屋大学, 農学部, 助教授 (90186065)
• キーワード: オキシダティブバースト / O_2生成NADPH酸化酵素 / O_2生成NADPH酸化酵素の可溶化 / gp91^<phox>相同性cDNA / オキシダティブバーストの機能 / NADPH酸化酵素の分離 / 防御関連遺 遺伝子の発現 / ジャガイモ植物

研究概要

植物組織は病原菌の感染やエリシターに対して誘導性の防御応答を示すが、この始動時に急速に活性酸素生成反応(オキシダティブバースト:OXB)が起こる。この反応系は、Ca^<2+>、カルモジュリン、タンパク質リン酸化酵素などの情報伝達システム系の制御を受けて活性化される、原形質膜に存在するNADPH酸化酵素の一種であると提案されている。本研究では、このOXB酵素系、その活性化とシグナル伝達およびOXB系と応答遺伝子の発現に関する解析をし、次のことを明らかにした。1.ジャガイモ塊茎スライスにおける切断後のOXB応答性の経時的活性化。2.局部的OXBの全身的OXB誘導現象。3.ジャガイモ塊茎原形質膜画分におけるO_2^-生成NADPH酸化酵素の反応速度論的性質。4.O_2^-生成NADPH酸化酵素の活性化阻害剤。5.原形質膜から活性を維持したO_2^-生成NADPH酸化酵素の可溶化。6.可溶化画分の未変性ポリアクリルアミド電気泳動(PAGE)によるゲル内活性測定法の開発と、数本の活性バンドの検出。7.ヒト好中球のO_2^-生成NADPH酸化酵素の構成因子であるgp91^<phox>相同性cDNAのジャガイモからのクローニングと、イネおよびアラビドプシスのgp91^<phox>遺伝子との高い相同性。8.ジャガイモ塊茎可溶性タンパク質電気泳動画分にヒト好中球のNADPH酸化酵素構成成分のp67^<phox>の抗体との陽性反応。9.カルシウムイオン阻害剤のOXB誘導阻害と防御関連遺伝子の発現の抑制関連。10.OXBによる脂質過酸化反応の誘導との関連におけるホスホリパーゼA_2の活性化とその活性化におけるGIP結合タンパク質の関与。11.OXB誘導に伴う細胞質凝集におけるアクチンの関与とアクチン結合タンパク質の分離・同定。12.OXBとファイトアレキシン合成関連酵素遺伝発現との関連性の有無と、特定酵素に対する発現制御の可能性。13.O_2^-生成NADPH酸化酵素を構成する複合タンパク質のタンパク質と遺伝子の両面からさらなる研究の必要性。

研究成果

• [文献書誌] Park,H.-J.: "Induction of a sub-systemic oxidative burst by elicitor-stimulated local oxidative burst in potato plant tissues:a possible systemic signaling in systemic acquired resistance." Plant Sci.138. 197-208 (1998)
• [文献書誌] Park,H.-J.: "Physiological mechanism of a sub-systemic oxidative burst triggered by elicitor-induced local oxidative burst in potato tuber slices." Plant Cell Physiol.39. 1218-1225 (1998)
• [文献書誌] Takemoto,D.: "Identification of chitinase and osmotin-like protein as actin-binding proteins in suspension-culture potato cells." Plant Cell Physiol.38. 441-448 (1997)
• [文献書誌] Senda,K.: "Effect of mastoparan on phospholipase A_2 activity in potato tubers treated with fungal elicitor." Plant Cell Physiol.39. 1080-1086 (1998)
• [文献書誌] Takemoto,D.: "Effect of cytochalasin D on defense responses of potato tuber discs treated with hyphal wall components of Phytophthora infestans." Plant Sci.40(印刷中). Furuse,K. (1999)
• [文献書誌] Furuse,K.: "Involvement of actin filament association in hypersensitive reactions in potato cells." Physiol.Mol.Plant Pathol.(印刷中). (1999)
• [文献書誌] 川北一人: "植物の感染応答,特に活性酸素について." 植物防疫. 51. 26-29 (1997)
• [文献書誌] 吉岡博文: "誘導抵抗性関連研究の最前線." 日植病法バイオコントロール研究会レポート. 6(印刷中). (1999)
• [文献書誌] Doke,N.: "The oxidative burst:roles in signal transduction and plant stress.In:Scandalious,J.G.(ed.)Oxidative burst and the molecular Biology and Antioxidant Defense (分担)" Cold Spring Harbor Laboratory Press., 890 (1998)
• [文献書誌] Doke,N.: "The oxidative burst system in plants:A strategic signal transduction system for triggering active defence and for parasites to over come.In:Kohmoto,K. and Yorder,O.C.(eds.)Molecular Genetics of Host-Specific Toxins in Plant Diseases. (分担)" Kluwer Academic Publishers.Dordrecht,Boston,London., 413 (1998)
• [文献書誌] 道家紀志: "オキシダティブバーストと抵抗性発現 山田哲治・島本 功・渡辺 裕一郎 監修、分子レベルからみた植物の耐病性. (分担)" 秀潤社、東京, 196 (1998)
• [文献書誌] 吉岡博文: "ジャガイモ塊茎における防御遺伝子発現とそのシグナル伝達 真山滋志・土佐幸雄 編、植物と病原菌の情報伝達機構 (分担)" 日本食物病理学会、東京, 133 (1998)