植物のアルミニウム毒性に対する耐性分子機構の解明と耐性植物の作出

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14206008
• 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: 酸性土壌 / Alストレス / Al毒性 / Al耐性 / ミトコンドリア障害 / Al耐性遺伝子

研究概要

コムギでは、根圏からのリンゴ酸の放出がアルミニウム(Al)耐性機構の一つと考えられている。これまでにコムギの準同質遺伝子系統ET8(Al耐性)とES8(Al感受性)を用いたサブトラクション法によりAl耐性株の根特異的に発現する遺伝子(ALMT1)を単離し、この遺伝子がAl活性化型リンゴ酸トランスポーターをコードすることを明らかにした。さらにALMT1には2つの対立遺伝子があり、Al耐性品種に共通の遺伝子型(ALMT1-1)とAl感受性品種に共通の遺伝子型(ALMT1-2)は互いに6塩基(アミノ酸で2残基)の相違があることも明らかにした。さらにALMT1遺伝子とAl耐性遺伝子(Alt1)との連鎖分析を行い、ALMT1遺伝子がAlt1と同一である可能性を検証した。ETとESの掛け合わせで得られたF_2およびF_3世代植物において、Al耐性の表現型とALMT1の遺伝子型および転写量について調べた。その結果、Al耐性を示す個体は全てALMT1-1のホモおよびヘテロの遺伝子型を持ちかつALMT1遺伝子の高い発現を示すが、Al感受性の個体は全てALMT1-2をホモに持ちきわめて低い発現量であることが明らかとなった。
本研究では、活性酸素誘発部位の一つとしてミトコンドリアに着目し、Al感受性の異なるエンドウ2品種を用いて、活性酸素の誘発ならびにミトコンドリア機能の指標であるATPと呼吸に及ぼすAlの影響を比較することによって、Alによる根伸長阻害におけるミトコンドリアの関わりを検討した。Al耐性品種(cv. Alaska)のATP含量はAlの濃度ならびに処理時間の増加に伴って低下したが、Al感受性品種(cv. Hyogo)のATP含量は増減しなかった。Al未処理時において両品種共に同程度の根の伸長を示したが、Al耐性品種のATP含量がAl感受性品種よりも著しく高かった。呼吸量は、Alの濃度と処理時間の増加に依存して両品種ともに低下した。AlによるO_2の誘発は、両品種共に根端の伸長域を中心に根伸長阻害の開始時期に生じ、処理時間の経過とともに増加した。以上、Alはミトコンドリアの機能阻害を引き起こし活性酸素を誘発すること、Al耐性機構の発現のためには高いATP含量が必要である可能性が示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Ahn, S.J., Sivaguru, M., Chung, G.C., Rengel, Z., Matsumoto, H.: "Aluminum-induced growth inhibition is associated with impaired efflux and influx of H^+ across the plasma membrane in root apices of squash (Cucurbita pepo)"J.Exp.Bot.. 53. 1959-1966 (2002)
• [文献書誌] Li, X.F., Ma, J.F., Matsumoto, H.: "Aluminum-induced secretion of both citrate and malate in rye"Plant Soil. 242. 235-243 (2002)
• [文献書誌] Nian, H., Yang, Z.M., Ahn, S.J., Cheng, Z.J., Matsumoto, H.: "A comparative study on the aluminum-and copper-induced organic acid exudation from wheat roots"Physiol.Plant.. 116. 328-335 (2002)
• [文献書誌] Sasaki, T., Ezaki, B., Matsumoto, H.: "A gene encoding multidrug resistance (MDR)-like protein is induced by aluminum and inhibitors of calcium flux in wheat"Plant Cell Physiol.. 43. 177-185 (2002)
• [文献書誌] Yamamoto, Y., Kobayashi, Y., Devi, S.R., Rikiishi, S., Matsumoto, H.: "Aluminum toxicity is associated with mitochondorial dysfunction and the production of reactive oxygen species in plant cells"Plant Physiol.. 128. 63-72 (2002)
• [文献書誌] Nian, H., Ahn, S.J., Yang, Z.M., Matsumoto, H.: "Effect of phosphorus deficiency on aluminium-induced citrate exudation in soybean (Glycine max. L. Merr)"Physiol.Plant.. 117. (2003)
• [文献書誌] Matsumoto, H.: "Plant roots under aluminum stress : Toxicity and tolerance. In Plant Roots : The Hidden Half. Third Edition"Marcel Dekker, Inc.. 17 (2002)