植物の窒素同化に必要な2-オキソグルタル酸の供給系

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14654160
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山谷 知行 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (30144778)
• キーワード: イネ / 2-オクソグルタル酸 / IDH / ICDH / GDH / GOGAT / 免疫組織学的解析 / 代謝間クロストーク

研究概要

植物のグルタミン合成酵素(GOGAT)反応に、炭素骨格である2-オキソグルタル酸(2-OG)を供給する経路は明らかにされていない。本研究では、その可能性のある3つの酵素(ミトコンドリアNADイソクエン酸脱水素酵素,IDH;サイトゾルNADPイソクエン酸脱水素酵素,ICDH;ミトコンドリアNADグルタミン酸脱水素酵素,GDH)に着目し、分子生理学的な解析に必要な分子資材の獲得、遺伝子発現、並びに免疫組織学的解析を中心に研究を進めた。
タバコIDH遺伝子の情報をもとにデータベース(TIGR)を用いて検索し、触媒サブユニットと推定されるイネIDHaと調節サブユニットと推定されるIDHb、cのゲノム、cDNAをPCR法により単離した。また、タバコICDH1の情報をもとに、イネにはサイトゾル型ICDH1,2,プラスチド型およびペルオキシゾーム型ICDHの4種の遺伝子があることが判明し、それぞれcDNA配列を決定した。同様にイネGDH1-3の3種の遺伝子のcDNAを得た。ICDH遺伝子転写産物の解析は可能であるが、翻訳産物を区別して識別は不可能であった。未抽出葉身、登熟過程の穎果で、IDHaタンパク質は、篩管や導管から物質が輸送される経路に相当する維管束組織柔細胞群に主に局在していた。GDHは、師部伴細胞に強いシグナルが認められた。遺伝子発現の解析や免疫組織学的解析からは、2-OG供給経路を判別できなかったことから、今後、遺伝子破壊系統の応用が必要であろう。

研究成果

• [文献書誌] Suenaga, A. et al.: "Constitutive expression of a novel-type ammonium transporter OsAMT2 in rice plants"Plant and Cell Physiology. 44(2). 206-211 (2003)
• [文献書誌] Hayakawa, T. et al.: "Organization and structure of ferredoxin-dependent glutamate synthase gene from rice plants"Plant Biotechnology. 20(1). 43-55 (2003)
• [文献書誌] Ishiyama, K. et al.: "Cell-type distinct accumulation of mRNA and protein for NADH-glutamate synthase in rice roots in response to the supply of NH_4^+"Plant Physiology and Biochemistry. 41(6-7). 643-647 (2003)
• [文献書誌] Sonoda, Y. et al.: "Distinct expression and function of three ammonium transporter genes (OsAMT1;1-1;3) in rice"Plant and Cell Physiology. 44(7). 726-734 (2003)
• [文献書誌] Takehisa, H. et al.: "Identification of quantitative trait loci for plant growth of rice in paddy field flooded with salt water"Field Crop Research. in press. (2004)
• [文献書誌] Ishiyama, K, et al.: "Kinetic properties and ammonium-dependent regulation of cytosolic isoenzymes of glutamine synthetases in Arabidopsis"Journal of Biological Chemistry. in press.
• [文献書誌] Yamaya, T., Oaks, A.: "Nitrogen Acquisition and Assimilation in Higher Plants, Plant Ecophysiology Series, Eds.by Stulen, I. and Amancio, S."Kluwer Academic Publisher, The Netherlands. 293 (2004)