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地球上に普遍的かつ多量に存在するNa^+はその必要性が動物と植物で大きく異なっている。これまで、Na^+の必須性が明らかでないことから、植物細胞におけるNa^+の働きや、Na^+環境の認識/維持機構についての研究はほとんど存在しない。多くの植物では、過剰のNa^+の存在が、塩害として成長に阻害的に働くことが強調されてきた。本研究では、これまでの実験事実を基に、植物細胞がNa^+を必要とするのはどのような条件か、Na^+を必要とするのはどのような機構か、Na^+環境の認識はどのように行われているか、Na^+濃度の調節はどのように行われているかを、生体膜輸送機構を中心に、細胞・分子レベルで明らかにすることを目指した。
本基盤研究では、我々が世界に先駆けて見出したシャジクモのNa^+/Pi輸送系について、その輸送機構を明らかにし、さらに誘導条件を解析することで、駆動イオンであるNa^+の存在が、輸送機構の発現に必須であることを見出した。また、オオムギをK^+欠乏においた時に、Na^+がK^+に代わって果たしうる役割を、組織、細胞、オルガネラレベルで解析し、K^+欠乏下ではNa^+が各細胞の液胞に蓄積されることが成長維持に重要なことを明らかにした。最後に、塩性植物のマングローブ細胞が塩ストレス下で、細胞質Na^+濃度調節を行う生理・分子機構の解析を進め、液胞膜と細胞膜のNa^+/H^+アンチポーターの分子構造を明らかにし、細胞内Na^+濃度がその活性とリンクして変動することを明らかにした。また、細胞膜でNa^+/H^+アンチポーターを駆動するH^+-ポンプ遺伝子の解析を進めた。マングローブ細胞におけるNa^+の液胞への蓄積が、これまで予想されていた単なる膜輸送系だけでなく、液胞小胞との融合を介した機構が働くことを世界で初めて見出した。
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