植物のAlストレスに対する応答反応の解析と耐性植物の作出に関する基礎研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11306006
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 松本 英明 岡山大学, 資源生物科学研究所, 教授 (80026418)
• 研究分担者: 江崎 文一 岡山大学, 資源生物科学研究所, 助手 (90243500) ; 山本 洋子 岡山大学, 資源生物科学研究所, 助教授 (50166831)
• キーワード: アルミニウム / 毒性 / 微小管 / 耐性 / 脂質過酸化 / 防御機構 / 発現タンパク質

研究概要

タバコ培養細胞を用い、Alの細胞内遊離Ca^<2+>と微小管の構造変化に与える影響について検討した。Alの影響は細胞の生育時期により大きく変動した。対数期の細胞ではAl(50μM)によりフラグモプラストと紡錘体の構造が消滅した。またAlにより分裂細胞の紡錘体の脱重合が観察された。一方、表層微小管は短時間のAl処理では変化しなかったが、処理時間を長くすると脱重合が認められた。
他方、定常期の細胞ではAlによって表層微小管の安定化が認められ、脱重合には100μMのAl処理を必要とした。対数期の細胞ではAlによる細胞内Ca^<2+>の増加が認められたが、定常期の細胞では認められなかった。またCa^<2+>の増加は処理に用いたAlの濃度に依存した。さらにこれらCa^<2+>の変動は、A_<23187>やCPA(Cyclopiazonic Acid)処理によるCa^<2+>の変動と類似していた。
一方、Al耐性機構について以下の研究を行った。
タバコ培養細胞からアルミニウム耐性株として分離されたALT213は、脂質過酸化誘発剤に耐性を示す。本研究では、その耐性機構を解明するため、2次元電気泳動法を用い、親株より多く発現する蛋白質を2個見いだし、、アミノ酸の部分配列をN末端から各々15個と10個決定した。ホモロジ-検索の結果、1つはミトコンドリア型のMalate dehydrogenase (MDH)、他方はNucleotide dephosphate kinase (NDPK)laもしくはllと相同性が高かった。ALT213株から調製した粗抽出液におけるMDHの比活性は親株に比べて4割高く、特に親株のALT213感受性期である対数増殖期において顕著であった。以上の結果より、MDHやNDPKの過剰発現がALT213株の脂質過酸化防御機構に関与している可能性が示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Chang,Y-C.: "Effect of Al on the phytosiderophore-mediated solubilization of iron and uptake of iron-phytosiderophore complex in wheat (Triticum aestivum)"Physiol.Plant.. 106. 62-68 (1999)
• [文献書誌] Chang,Y-C.: "Enhancement of callose production by a combination of aluminum and iron in suspension-cultured tobacco (Nicotiana tabacum) cells"Soil Sci.Plant Nutr.. 45. 337-347 (1999)
• [文献書誌] Chang,Y-C.: "Accumulation of aluminium in the cell wall pectin in cultured tobacco (Nicotiana tabacum L.) cells treated with a combination of aluminium and iron"Plant,Cell & Environment. 22. 1009-1017 (1999)
• [文献書誌] Sivaguru,M.: "Differential impacts of aluminium on microtubule organization depends on growth phase in suspension-cultured tobacco cells"Physiol.Plant.. 107. 110-119 (1999)
• [文献書誌] Yamaguchi,Y.: "Protective effect of glutathione on the cytotoxicity caused by a combination of aluminum and iron in suspension-cultured tobacco cells"Physiol.Plant.. 105. 417-422 (1999)
• [文献書誌] Yamaguchi,Y.: "Cell death process initiated by a combination of aluminium and iron in suspension-cultured tobacco cells (Nicotiana tabacum) : Apotosis-like cell death mediated by calcium and proteinase"Soil Sci.Plant Nutr.. 45. 647-657 (1999)
• [文献書誌] Matsumoto,H.: "Biotechnology and Biodiversity in Agriculture/Forestry(B.N.Prasad ed.) "The mechanisms of Al toxicity and tolerance in higher plants""Oxford and IBH Publishing Co.New Delhi. 18 (1999)
• [文献書誌] Matsumoto,H.: "International Review of Cytology. Kwang W Jeon(ed). "Cell biology of aluminum toxicity and tolerance in higher plants.""Academic Press (in press).