低温による樹木構成細胞の細胞壁構造特性の変化

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11460075
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 藤川 清三 北海道大学, 大学院・農学研究科, 教授 (50091492)
• 研究分担者: 船田 良 北海道大学, 大学院・農学研究科, 助教授 (20192734) ; 竹澤 大輔 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (20281834) ; 荒川 圭太 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (00241381) ; 佐野 雄三 北海道大学, 大学院・農学研究科, 助手 (90226043)
• キーワード: 細胞壁 / 木部放射柔細胞 / 凍結 / 細胞壁結合蛋白質 / 深過冷却 / 細胞外凍結 / シラカンバ / 電子顕微鏡

研究概要

樹木構成細胞が示す高い凍結抵抗性と細胞壁の関係を明らかにするため、平成12年度は以下の点を明らかにした。
1.深過冷却により凍結に適応する木部放射柔細胞をもつシラカンバ木部から細胞壁結合蛋白質を除去することにより、木部放射柔細胞の深過冷却能はおよそ20度C減少した。除去された主要な細胞壁結合蛋白質は23.5kDa,28.1kDa,28.2kDa,29.3kDa蛋白質であった。29.3kDa蛋白質の抗体は、28.1kDa,28.2kDa蛋白質とも反応したことから、これらはisoformと結論した。部分アミノ酸配列の決定から、これらisoform蛋白質はいずれもキチナーゼにみられる保存領域をもつ蛋白質であった。蛍光抗体組織化学法により、これら蛋白質が木部柔細胞のみに存在することを明らかにした。
2.同じく深過冷却により凍結適応するハクウンボク木部放射柔細胞も、細胞壁結合蛋白質の除去により著しく過冷却能を減少させるとともに、除去蛋白質にシラカンバの29.3kDa蛋白質抗体と反応する蛋白質が含まれていた。
3.細胞膜を破壊し、細胞壁のみにした樹木構成細胞の凍結挙動を観察した結果、深過冷却する木部細胞のみならず、細胞外凍結する師部柔細胞でも細胞壁は細胞外の氷晶に対するバリアーとして働くという新知見を得た。
4.樹木の凍結抵抗性研究の実験系として新規のポプラ懸濁培養細胞細胞を作成した。これら細胞の凍結抵抗性は低温馴化により若干(10℃)上昇したが、アブシジン酸(ABA)処理では上昇は全く見られなかった。

研究成果

• [文献書誌] 山田朋義: "低温感受性植物細胞の凍結挙動"低温生物工学会誌. 45. 7-13 (1999)
• [文献書誌] 久保田勝利: "低温馴化によるシラカンバ木部放射柔細胞の細胞壁の変化"低温生物工学会誌. 45. 39-42 (1999)
• [文献書誌] 長尾学: "黄緑色藻類Tribonema bombycinumのアキネート形成による耐凍性の上昇"低温生物工学会誌. 45. 47-50 (1999)
• [文献書誌] Fujikawa, S.: "Cryo-scanning electron microscopic study on freezing behavior of xylem ray parenchyma cells in hardwood species"Micron. 31. 669-686 (2000)
• [文献書誌] Jitsuyama, Y.: "Loading process of sugars into cabbage petiole and asparagus shoot apex cells by incubation with hypertonic sugar solutions"Protoplasma. (in press). (2001)
• [文献書誌] Fujikawa, S.: "Ultrastructural aspects of freezing adaptation of cells by vitrification, In (F.Engelmann and H.Takagi Eds.) Cryopreservation of Tropical Plant Germplasm ; Current Research Progress and Application"International Plant Genetic Resources Institute. 36-42 (2000)
• [文献書誌] Ukaji, N.: "Isolation and characterization of endoplasmic reticulum from mulberry cortical parenchyma cells, In (W.V.Dashek Ed.) Methods in Plant Electron Microscopy and Cytochemistry"Humana Press Inc.. 147-160 (2000)
• [文献書誌] Fujikawa, S.: "Freezing adaptation mechanisms of living tissue cells in Betula platyphylla var. japonica Hara and their relation to cell wall properties, In (M.Terazawa Ed.) Tree Sap II"Hokkaido University Press. 93-96 (2000)