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2011 年度 研究成果報告書

植物の生体防御にはたすポリアミンの分子基盤の解明

研究課題

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研究課題/領域番号 21380063
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 応用生物化学
研究機関東北大学

研究代表者

草野 友延  東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (40186383)

研究分担者 高橋 芳弘  東北大学, 大学院・生命科学研究科, 准教授 (20390891)
研究期間 (年度) 2009 – 2011
キーワード植物 / ストレス / ポリアミン / 生体防御 / スペルミン
研究概要

植物においてもポリアミンは、細胞分裂が盛んな細胞や生殖細胞に多く含まれることから、細胞分裂、成長そして分化等のプロセスで機能するとされてきた。ポリアミン合成系遺伝子の発現は、塩や乾燥といった非生物的ストレスや非病原性微生物の感染時に誘導されることから、ポリアミンはこうした環境ストレスに対する生体防御においても機能することが示唆されていた。研究実施者は、テトラアミンであるスペルミンとサーモスペルミンを合成できない変異体が塩や乾燥ストレスに高感受性となること、また細胞間隙に蓄積したスペルミンが病原菌感染時特異的遺伝子群の発現を誘導するシグナル分子として機能すること、を示してきた。本研究で、テトラアミンの2成分を迅速に定量的に分離する手法を確立し、スペルミンが上記ストレス時の防御に機能することを明らかにした。また、シロイヌナズナ植物体内でこれら2つのテトラアミンの合成部位が区分けされているかについても、各合成酵素遺伝子のプロモーター解析から示した。上述のスペルミンシグナル伝達経路には、ポリアミンの分解に関わるポリアミン酸化酵素が関与することが薬理的手法により示唆されていた。そこで、シロイヌナズナに5種類あるポリアミン酸化酵素遺伝子の発現パターン、このうちの4種類の組換え酵素のポリアミン基質の特異性等についても明らかにした。従来、植物のポリアミン酸化酵素は末端代謝系と呼ばれる反応を触媒すると考えられていたが、シロイヌナズナのポリアミン酸化酵素は、いずれも動物細胞と同じ逆変換代謝系の反応を触媒することを示した。単子葉植物のイネには、7種類のポリアミン酸化酵素遺伝子が存在するが、このうち少なくとも3種類の遺伝子産物は、シロイヌナズナと同じく逆変換代謝系の反応を触媒することを明らかにした。イネは、末端代謝系を触媒する酵素の存在が示唆されており、この点についても検討を進めている。スペルミン合成酵素遺伝子を過剰発現するシロイヌナズナとスペルミン合成酵素遺伝子を欠損しているシロイヌナズナを用いて、熱ショック応答反応においても重要な役割を担っていることを示した(論文投稿中)。スペルミンは、小胞体ストレス応答反応における鍵遺伝子のひとつbZIP60の発現を誘起することを報告してきたが、本研究によりIRE1がもつRNase活性を高め、bZIP60転写物をスプライシングし、活性型のbZIP60タンパク質の産生をもたらす事も示した(投稿準備中)。外部から加えたサーモスペルミンは、スペルミン応答遺伝子群のほぼ全てを誘導する活性を持ち、シロイヌナズナでのキュウリモザイクウイルスの増殖を著しく抑制する活性を持つことも明らかにした。この発見は、ポリアミン骨格をもつ化合物が新たな植物成長化学調節物質となる可能性を示唆するものである。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2012 2011 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (19件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Exogenous thermospermine has an activity to induce a subset of the defense genes and restrict cucumber mosaic virus multiplication in Arabidopsis thaliana.2012

    • 著者名/発表者名
      Sagor GHM, Takahashi H, Niitsu M, Takahashi Y, Berberich T, Kusano T
    • 雑誌名

      Plant Cell Reports

    • DOI

      DOI:10.1007/s00299-012-1243-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Constitutively and highly expressed Oryza sativa polyamine oxidases localize in peroxisomes and catalyze polyamine back conversion2012

    • 著者名/発表者名
      Ono Y, Kim DW, Watanabe K, Sasaki A, Niitsu M, Berberich T, Kusano T, Takahashi Y
    • 雑誌名

      Amino Acids

      巻: 42 ページ: 867-876

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Arabidopsis voltage-dependent anion channel 2 is required for plant growth2012

    • 著者名/発表者名
      Tateda C, Kusano T, Takahashi Y
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 7 ページ: 31-33

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular and genetic characterization of the gene family encoding the voltage-dependent anion channel in Arabidopsis2011

    • 著者名/発表者名
      Tateda C, Watanabe K, Kusano T, Takahashi Y
    • 雑誌名

      J. Exp. Bot

      巻: 62 ページ: 4773-4785

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatio-temporal expression analysis of Arabidopsis thaliana spermine synthase gene promoter2011

    • 著者名/発表者名
      Sagor GHM, Yamaguchi K, Watanabe K, Berberich T, Kusano T, Takahashi Y
    • 雑誌名

      Plant Biotechnol

      巻: 28 ページ: 407-411

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of five polyamine oxidase isoforms in Arabidopsis thaliana2010

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Y, Cong R, Sagor GHM, Niitsu M, Berberich T, Kusano T
    • 雑誌名

      Plant Cell Reports

      巻: 29 ページ: 955-965

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative analysis of plant polyamines includuing thermospermine during growth and salinity stress2010

    • 著者名/発表者名
      Naka Y, Watanabe K, Sagor G. H. M, Niitsu M, Pillai A, Kusano T, Takahashi Y
    • 雑誌名

      Plant Physiol Biochem (Polyamine special issue)

      巻: 48 ページ: 527-533

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spermine signaling in defense reaction against avirulent viral pathogen in Arabidopsis thaliana2009

    • 著者名/発表者名
      Sagor G. H. M, Cong Run-Zi, Berberich T, Takahashi H, Takahashi Y, Kusano T
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 4 ページ: 316-318

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spermine signaling plays a significant role in the defense response of Arabidopsis thaliana to cucumber mosaic virus2009

    • 著者名/発表者名
      Mitsuya Y, Takahashi Y, Berberich T, Miyazaki A, Matsumura H, Takahashi H, Terauchi R, Kusano T
    • 雑誌名

      J Plant Physiol

      巻: 166 ページ: 626-643

    • 査読あり
  • [学会発表] T-DNA挿入pao変異体植物の外部投与ポリアミンへの反応性に基づくシロイヌナズナのポリアミン酸化酵素の基質特異性への考察2012

    • 著者名/発表者名
      土橋隼人, Sagor GHM, 新津勝, 高橋芳弘, Thomas Berberich, 草野友延
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会第3回年会
    • 発表場所
      さいたま市民会館おおみや小ホール
    • 年月日
      20120126-27
  • [学会発表] シロイヌナズナ小胞体ストレス応答の鍵転写因子bZIP60のポリアミンによる活性化機構.2012

    • 著者名/発表者名
      Sagor GHM, 金東〓, 小野裕介渡辺佳奈子佐々木新津勝, 佐々木彩乃, Berberich Thomas, Howell H. Stephen, 草野友延
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会第3回年会
    • 発表場所
      さいたま市民会館おおみや小ホール
    • 年月日
      20120126-27
  • [学会発表] ポリアミンによるシロイヌナズナの葉の老化抑制におけるオートファジーの役割2012

    • 著者名/発表者名
      星陽子, 金東〓, 新津勝, Berberich Thomas, 草野友延
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会第3回年会
    • 発表場所
      さいたま市民会館おおみや小ホール
    • 年月日
      20120126-27
  • [学会発表] Polyamine back conversion catalyzed by three polyamine oxidases in Oryza sativa2011

    • 著者名/発表者名
      Kusano T, Ono Y, Kim DW, Watanabe K, Sasaki A, Niitsu M, Takahashi Y, Berberich T
    • 学会等名
      COST FA0605 Limassol
    • 発表場所
      Cyprus
    • 年月日
      20111117-19
  • [学会発表] Three polyamine oxidases catalyze polyamine back conversion in Oryza sativa. Gordon Research Conference (Polyamine)2011

    • 著者名/発表者名
      Kusano T, Kim DW, Ono Y, Watanabe K, Sasaki A, Niitsu M, Takahashi Y
    • 学会等名
      Waterville Valley
    • 発表場所
      New Hampshire, USA
    • 年月日
      20110619-24
  • [学会発表] シロイヌナズナの5種のポリアミン酸化酵素の特徴づけ2011

    • 著者名/発表者名
      Sagor GHM, 渡邉加奈子, 新津勝, Berberich T, 草野友延, 高橋芳弘
    • 学会等名
      日本農芸化学会2011年度大会(京都)
    • 発表場所
      京都女子大学
    • 年月日
      20110325-28
  • [学会発表] シロイヌナズナおよびイネのポリアミン酸化酵素遺伝子の分子生物学的解析2011

    • 著者名/発表者名
      佐々木彩, 乃小野裕介, 渡邉加奈子, Sagor GHM, Berberich T, 新津勝, 草野友延, 高橋芳弘
    • 学会等名
      第52回日本植物生理学会年会(宮城)
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス
    • 年月日
      20110320-22
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける熱ショックストレスに対するスペルミンの防御的役割2011

    • 著者名/発表者名
      Sagor GHM, 新津勝, 草野友延, 高橋芳弘
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会第2回年会
    • 発表場所
      帝京大学宇都宮キャンパス
    • 年月日
      20110127-28
  • [学会発表] イネのポリアミン酸化酵素遺伝子の特徴づけ2011

    • 著者名/発表者名
      小野裕介, 佐々木彩乃、新津勝、草野友延、高橋芳弘
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会第2回年会
    • 発表場所
      帝京大学宇都宮キャンパス
    • 年月日
      20110127-28
  • [学会発表] イネにおけるポリアミン酸化酵素の特徴づけ2011

    • 著者名/発表者名
      金東〓, 小野裕介, 渡辺佳奈子, 佐々木彩乃, 新津勝, Berberich Thomas, 草野友延, 高橋芳弘
    • 学会等名
      日本農芸化学会東北支部会第146回
    • 発表場所
      山形大学農学部
    • 年月日
      2011-10-08
  • [学会発表] 植物におけるポリアミン酸化酵素の特徴づけ2011

    • 著者名/発表者名
      金東〓, 小野裕介, 渡辺佳奈子, 佐々木彩乃, 新津勝, Berberich Thomas, 草野友延, 高橋芳弘
    • 学会等名
      第10回ポリアミンと核酸の共進化(東京)慈恵医大
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] シロイヌナズナにおける5種のポリアミン酸化酵素の解析2010

    • 著者名/発表者名
      Sagor GHM、Cong R、新津勝、Berberich T、草野友延、高橋芳弘
    • 学会等名
      日本農芸化学会東北支部・北海道支部合同支部会
    • 発表場所
      東北大学農学部
    • 年月日
      20100927-28
  • [学会発表] Molecular biological and biochemical characterization of five polyamine oxidase isoforms in Arabidopsis thaliana2010

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Y, Conz RZ, Sagor GHM, Niitsu M, Berberich T, Kusano T
    • 学会等名
      2010 International Polyamine Conference
    • 発表場所
      Shizuoka, Japan
    • 年月日
      20100614-18
  • [学会発表] High-throughput analysis of plant polyamines including thermospermine during growth and salinity stress2010

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Y, Naka Y, Watanabe K, Sagor GHM, Niitsu M, Pillai A, Kusano T
    • 学会等名
      2010 International Polyamine Conference
    • 発表場所
      Shizuoka, Japan
    • 年月日
      20100614-18
  • [学会発表] 植物におけるポリアミンの分解:シロイヌナズナにおけるポリアミン酸化酵素の特徴づけ2010

    • 著者名/発表者名
      Sagor GHM、Cong R、新津勝、Berberich T、草野友延、高橋芳弘
    • 学会等名
      「ポリアミンと核酸の共進化」研究会
    • 発表場所
      東京慈恵会医科大学
    • 年月日
      2010-09-11
  • [学会発表] サーモスペルミンの植物からの定量的検出法2010

    • 著者名/発表者名
      渡邊佳奈子、仲友紀恵、Sagor GHM、新津勝、Pillai MA、草野友延、高橋芳弘
    • 学会等名
      「ポリアミンと核酸の共進化」研究会
    • 発表場所
      東京慈恵会医科大学
    • 年月日
      2010-09-11
  • [学会発表] 植物ポリアミン研究の進歩2010

    • 著者名/発表者名
      草野友延(記念講演)
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会設立総会・記念シンポジウム
    • 発表場所
      東京慈恵会医科大学(東京)
    • 年月日
      2010-01-23
  • [学会発表] スペルミン異性体であるサーモスペルミンの植物からの検出と定量分析2009

    • 著者名/発表者名
      渡邊佳奈子、仲友紀恵、Sagor GHM、新津勝、Pillai MA、草野友延、高橋芳弘
    • 学会等名
      第144回日本農芸化学会東北支部会〔岩手〕
    • 発表場所
      いこいの村 & 岩手大学
    • 年月日
      20091030-31
  • [学会発表] 二つのテトラアミン異性体であるスペルミンとサーモスペルミンのHPLCによる定量分析手法の確立2009

    • 著者名/発表者名
      仲友紀恵、渡邊佳奈子、Sagor G. H. M. 、新津勝、Pillai M. A. 、草野友延、高橋芳弘
    • 学会等名
      植物化学調節学会44回大会〔仙台〕
    • 発表場所
      東北大学片平キャンパス
    • 年月日
      20091029-30
  • [図書] 植物ミトコンドリアVDACの病原菌防御における役割, 化学と生物2010

    • 著者名/発表者名
      舘田知佳、草野友延、高橋芳弘
    • 総ページ数
      296-297
  • [図書] their roles in plant defense and cell death, Plant Cell Reports2009

    • 著者名/発表者名
      Kusano T, Tateda C, Berberich T, Takahashi Y (2009)Voltage-dependent anion channels
    • 総ページ数
      1301-1308
  • [備考]

    • URL

      http://www.ige. tohoku.ac.jp/outou/index-j.html

URL: 

公開日: 2013-07-31  

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