孔辺細胞青色光情報伝達系における蛋白質のリン酸化・脱リン酸化反応の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440243
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 島崎 研一郎 九州大学, 大学院・理学研究院, 教授 (00124347)
• 研究分担者: 木下 俊則 九州大学, 大学院・理学研究院, 助手 (50271101) ; 土井 道生 高等教育総合開発研究センター, 助手 (00167537)
• キーワード: 気孔 / プロトンポンプ / 孔辺細胞 / リン酸化 / 脱リン酸化 / ABA

研究概要

孔辺細胞の青色光光情報伝達にタンパク質のリン酸化、脱リン酸化が関与する多くの証拠がある。一方、植物ホルモンアブシジン酸(ABA)はこの青色光による細胞膜H^+-ATPaseの活性化を阻害する事を既に報告している。本年度は、この間題を追求し、ABAが青色光情報伝達を阻害し、細胞膜H^+-ATPaseのリン酸化を阻害することにより活性化を抑制する事を見出した。また、この過程に中間情報伝達体としてH_2O_2が関与する事を見出したので、あわせて報告する。
1)ABAを添加すると青色光依存のプロトンの放出が70%ほど阻害される。この時、細胞膜H^+-ATPaseの加水分解活性が同様に70%阻害された。
2)同一条件で細胞膜H^+-ATPaseのリン酸化レベルを測定するとABAにより大きく阻害され、それも、70%程度の阻害であった。
3)同様にH_2O_2を添加すると、プロトン放出、リン酸化レベルが同じ程度阻害され、ABA(10μM)による阻害は、外から加えた1mMのH_2O_2と同程度であった。
4)この時、H_2O_2の消去剤であるアスコルビン酸を共存させておくと、H_2O_2による阻害が50%軽減された。
5)H_2O_2の濃度を蛍光指示薬DCECFで追跡すると、孔辺細胞プロトプラストにおいてABAによるH_2O_2の生成が認められた。以上の結果からABAは細胞内にH_2O_2を生成し、リン酸化を阻害することにより細胞膜H^+-ATPaseの活性化を阻害すると結論した。
6)さらに、H_2O_2を単離細胞膜H^+-ATPaseに添加したが、全く作用しなかった。この事はH_2O_2が細胞内の情報伝達体、おそらく、プロテインキナーゼあるいはプロテインフォスファターゼに作用していることを示す。
7)さらに、細胞膜H^+-ATPaseの活性化剤フジコツキンに依存した細胞膜H^+-ATPaseの活性化はABAにより、わずかに、しかし、有意に阻害された。同様に、H_2O_2によってもわずかの阻害が認められ、この場合もABAの作用はH_2O_2を介すると考えられた。

研究成果

• [文献書誌] Yamashita et al.: "Evidence for nucleotide-dependent passive H^+ transport protein in the plasms membrane of barley roots"Plant Cell Physiol. 44. 55-61 (2003)
• [文献書誌] Zhao et al.: "Dual Subcellular distribution of cytochrome b_5 in plant, cauliflower, cells"J. Biochem. 133. 15-121 (2003)
• [文献書誌] Kinoshita et al.: "Blue-light-and phosphorylation-dependent binding of a 14-3-3 protein to pohototropins in stomatal guard cells of broad bean"Plant Physiology. 133. 1453-1463 (2003)
• [文献書誌] Doi et al.: "A transgene encoding a blue-light receptor, phot1, restores blue-light responses in the Arabidopsis phot1 phot2 double mutant"J.Experimental Botany. 55・396. 517-523 (2004)