植物・ラン藻のグリシンベタインの合成・輸送・蓄積の分子機構

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16370028
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 高倍 昭洋 名城大学, 総合研究所, 教授 (80097766)
• 研究分担者: 田中 義人 名城大学, 理工学部, 助教授 (10247679) ; 日比野 隆 名城大学, 理工学部, 助教授 (70218741) ; 中村 辰之介 新潟薬科大学, 薬学部, 教授 (20114308) ; 四方 正光 島津製作所, 分析計測事業部ジェノミックリサーチ室, 副主任研究員 (20374126)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• キーワード: 環境 / 食糧 / 塩ストレス / グリシンベタイン / 遺伝子工学 / 植物 / 耐塩性ラン藻 / 輸送

研究概要

植物をはじめ多くの生物は、様々なストレスに曝されると、グリシンベタイン(ベタイン)などの適合溶質を蓄積して蛋白質、核酸の失活を防止することが知られている。本研究では、植物・ラン藻のベタインの合成・輸送・蓄積の分子機構を明らかにすることを目的とした。死海から単離した耐塩性ラン藻がもつグリシンの3段階のメチル化によるベタイン合成経路を植物および淡水性ラン藻に導入すると、ストレス耐性が著しく向上することが明らかになった。また、耐塩性ラン藻のベタイントランスポーターはベタインを輸送するがプロリンを輸送せず、両者を輸送するマングローブのベタイントランスポーターと異なことが明かとなった。耐塩性ラン藻のベタイントランスポーターはアルカリ性のpHで輸送活性が高く、アルカリ性での塩ストレス耐性に重要であることが明らかになった。
ベタインの蓄積はナトリウムイオンの蓄積と密接に関係することが知られているのでNa^+/H^+アンチポーター遺伝子についついても検討した。ラン藻のSynNhaP1アンチポーター(CPAI型)をタバコの根の細胞質膜に特異的に発現させたところ、形質転換植物の耐塩性が増加することが明らかになった。また、ラン藻のApNhaP1およびSynNhaP1のC末端が輸送するイオン特異性および親和性に関与するとともに、pH依存性にも関与することが明らかになった。カリウムイオンは細胞内に大量に存在し細胞の活性を阻害しないことから、浸透圧適合溶質としても働くと考えられていたが、今回、K^+が細胞外に多量(過剰)に存在するストレス条件下で、大腸菌のChaAおよびVibrioのNhaP2アンチポーターが濃度勾配にしたがってK^+を細胞内へ排出することを見い出した。

研究成果

• [雑誌論文] Cloning, functional expression and primary characterization of Vibrio parahaemolyticus K^+/H^+ antiporter genes in Escherichia coil. (2006)
  • 著者名/発表者名: Radchenko MV, Waditee R, Oshimi S, Fukuhara M, Takabe T, Nakamura T
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 59 ページ: 651-663
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Potassium/proton antiport system of Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Radchenko MV, Tanaka K, Waditee R, Oshimi S, Matsuzaki Y, Fukuhara M, Kobayashi H, Takabe T, Nakamura T
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 19822-19829
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica contains a betaine transporter active at alkaline pH and high salinity. (2006)
  • 著者名/発表者名: Laloknam S, Tanaka K, Buaboocha T, Waditee R, Incharoensakdi A, Hibino T, Tanaka Y, Takabe T
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol 72 ページ: 6018-6026
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Carboxyl-terminal hydrophilic tail of a NhaP type Na^+/H^+ antiporter from cyanobacteria is involved in the apparent affinity for Na+ and pH sensitivity. (2006)
  • 著者名/発表者名: Waditee R, Buaboocha T, Kato M, Hibino T, Suzuki S, Nakamura T, Takabe T
  • 雑誌名: Arch. Biochem. Biophys. 450 ページ: 113-121
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Root specific expression of Na^+/H^+ antiporter gene from Synechosystis sp. PCC6803 confers salt tolerance of tobacco plant. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hossain GS, Waditee R, Hibino T, Tanaka Y, Takabe T
  • 雑誌名: Plant Biotechnol 23 ページ: 275-281
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Conformational changes during apoplastocyanin folding observed by photocleavable modification and transient grating. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirota S, Fujimoto Y, Choi J, Baden N, Katagiri N, Akiyama M, Hulsker R, Ubbink M, Okajima T, Takabe T, Funasaki N, Watanabe Y, Terazima M
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 128 ページ: 7551-7558
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Reduction of plastocyanin by tyrosine-containing oligopeptides. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirota S, Okumura H, Kondoh T, Funasaki N, Takabe T, Watanabe Y
  • 雑誌名: J. Inorg. Biochem 100 ページ: 1871-1878
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Potassium/proton antiport system of Escherichia coli (2006)
  • 著者名/発表者名: Radchenko MV, Tanaka K, Waditee R, Oshimi S, Matsuzaki Y, Fukuhara M, Kobayashi H, Takabe T, Nakamura T.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 281 ページ: 19822-19829
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica contains a betaine transporter active at alkaline pH and high salinity (2006)
  • 著者名/発表者名: Laloknam S, Tanaka K, Buaboocha T, Waditee R, Incharoensakdi A, Hibino T, Tanaka Y, Takabe T.
  • 雑誌名: Appl.Environ.Microbiol. 72 ページ: 6018-6026
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Carboxyl-terminal hydrophilic tail of a NhaP type Na^+/H^+ antiporter from cyanobacteria is involved in the apparent affinity for Na+ and pH sensitivity (2006)
  • 著者名/発表者名: Wditee R, Buaboocha T, Kato M, Hibino T, Suzuki S, Nakamura T, Takabe T.
  • 雑誌名: Arch.Biochem.Biophys. 450 ページ: 113-121
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Root specific expression of Na^+/H^+ antiporter gene from Synechosystis sp. PCC6803 confers salt tolerance of tobacco plant (2006)
  • 著者名/発表者名: Hossain GS, Waditee R, Hibino T, Tanaka Y, Takabe T.
  • 雑誌名: Plant Biotechnol. 23 ページ: 275-281
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cloning, functional expression and primary characterization of Vibrio parahaemolyticus K^+/H^+ antiporter genes in Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Radchenko MV, Waditee R, Oshimi S, Fukuhara M, Takabe T, Nakamura T.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 59 ページ: 651-663
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Conformational changes during apoplastocyanin folding observed by photocleavable modification and transient grating (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirota S, Fujimoto Y, Choi J, Baden N, Katagiri N, Akiyama M, Hulsker R, Ubbink M, Okajima T, Takabe T, Funasaki N, Watanabe Y, Terazima M.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 128 ページ: 7551-7558
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Reduction of plastocyanin by tyrosine-containing oligopeptides (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirota S, Okumura H, Kondoh T, Funasaki N, Takabe T, Watanabe Y.
  • 雑誌名: J.Inorg.Biochem. 100 ページ: 1871-1878
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Genes for direct methylation of glycine provide high levels of glycinebetaine and abiotic-stress tolerance in Synechococcus and Arabidopsis (2005)
  • 著者名/発表者名: Waditee R, Bhuiyan MN, Rai V, Aoki K, Tanaka Y, Hibino T, Suzuki S, Takano J, Jagendorf AT, Takabe T, Takabe T
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 ページ: 1318-1323
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica contains NapA-type Na^+/H^+ antiporters with novel ion specificity that are involved in salt tolerance at alkaline pH (2005)
  • 著者名/発表者名: Wutipraditkul, N., Waditee, R., Incharoensakdi, A., Hibino, T., Tanaka, Y., Nakamura, T., Shikata, M., Takabe, T., Takabe, T.
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 71 ページ: 4176-4184
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Functional differences between cyanobacterial DnaK1 chaperones from the halophyte Aphanothece halophytica and the freshwater species Synechococcus elongatus expressed in Escherichia coli (2005)
  • 著者名/発表者名: Blanco-Rivero MC, Takabe T, Viale AM
  • 雑誌名: Curr. Microbiol. 51 ページ: 164-170
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Suppressed expression of apoplastic ascorbate oxidase gene increases salt tolerance in tobacco and Arabidopsis plants (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, A., Bhuiyan, M.N., Waditee, R., Tanaka, Y., Esaka, M., Oba, K., Jagendorf, A.T., Takabe, T.
  • 雑誌名: J. Exp. Bot. 56 ページ: 1785-1796
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] All four putative selectivity filter glycine residues in KtrB are essential for high affinity and selective K+ uptake by the KtrAB system from Vibrio alginolyticus (2005)
  • 著者名/発表者名: Tholema N, Vor der Bruggen M, Maser P, Nakamura T, Schroeder JI, Kobayashi H, Uozumi N, Bakker EP
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 41146-41154
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genes for direct methylation of glycine provide high levels of glycinebetaine and abiotic-stress tolerance in Synechococcus and Arabidopsis (2005)
  • 著者名/発表者名: Waditee R, Bhuiyan MN, Rai V, Aoki K, Tanaka Y, Hibino T, Suzuki S, Takano J, Jagendorf AT, Takabe T, Takabe T.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 102 ページ: 1318-1323
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica contains NapA-type Na^+/H^+ antiporters with novel ion specificity that are involved in salt tolerance at alkaline pH (2005)
  • 著者名/発表者名: Wutipraditkul, N., Waditee, R., Incharoensakdi, A., Hibino, T., Tanaka, Y, Nakamura, T., Shikata, M., Takabe, T., Takabe, T.
  • 雑誌名: Appl.Environ.Microbiol. 71 ページ: 4176-4184
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional differences between cyanobacterial DnaK1 chaperones from the halophyte Aphanothece halophytica and the freshwater species Synechococcus elongatus expressed in Escherichia coli (2005)
  • 著者名/発表者名: Blanco-Rivero MC, Takabe T, Viale AM.
  • 雑誌名: Curr.Microbiol. 51 ページ: 164-170
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Suppressed expression of apoplastic ascorbate oxidase gene increases salt tolerance in tobacco and Arabidopsis plants (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, A., Bhuiyan, M.N., Waditee, R., Tanaka, Y., Esaka, M., Oba, K., Jagendorf, A.T., Takabe, T.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 56 ページ: 1785-1796
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] All four putative selectivity filter glycine residues in KtrB are essential for high affinity and selective K+ uptake by the KtrAB system from Vibrio alginolyticus (2005)
  • 著者名/発表者名: Tholema N, Vor der Bruggen M, Maser P, Nakamura T, Schroeder JI, Kobayashi H, Uozumi N, Bakker EP.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 41146-41154
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Isolation and functional characterization of Ca^<2+>/H^+ antiporters from cyanobacteria (2004)
  • 著者名/発表者名: Waditee R, Hossain GS, Tanaka Y, Nakamura T, Shikata M, Takano J, Takabe T, Takabe T
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 2213-2216
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Interaction of plastocyanin with oligopeptides : effect of lysine distribution within the peptide (2004)
  • 著者名/発表者名: Hirota S, Okumura H, Arie S, Tanaka K, Shionoya M, Takabe T, Funasaki N, Watanabe Y
  • 雑誌名: J. Inorg. Biochem. 98 ページ: 849-856
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Isolation and functional characterization of Ca^<2+>/H^+ antiporters from cyanobacteria (2004)
  • 著者名/発表者名: Waditee R, Hossain GS, Tanaka Y, Nakamura T, Shikata M, Takano J, Takabe T, Takabe T.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 2213-2218
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Interaction of plastocyanin with oligopeptides : effect of lysine distribution within the peptide (2004)
  • 著者名/発表者名: Hirota S, Okumura H, Arie S, Tanaka K, Shionoya M, Takabe T, Funasaki N, Watanabe Y.
  • 雑誌名: J.Inorg.Biochem. 98 ページ: 849-855
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Abiotic stress tolerance in plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Rai AK, Takabe T
  • 総ページ数: 1-267
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Metabolic engineering of glycinebetaine. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takabe T, Rai V, Hibino T
  • 総ページ数: 137-151
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Metabolic engineering of glycinebetaine. (2006)
  • 著者名/発表者名: Waditee R, Tanaka Y, Takabe T
  • 総ページ数: 137-151
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Abiotic stress tolerance in plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Rai AK, Takabe T. (book eds)
  • 総ページ数: 1-267
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Metabolic engineering of glycinebetaine. In Abiotic stress tolerance in plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Takabe T, Rai V, Hibino T.
  • 総ページ数: 137-151
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Na^+/H^+ antiporters in plants and cyanobacteria. In Abiotic stress tolerance in plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Waditee R, Tanaka Y, Takabe T.
  • 総ページ数: 163-175
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より