研究課題
植物にとって、窒素は、生育や生産性を支配する多量要求性栄養素である。外来窒素源としての高濃度アンモニウムイオン供給は、多くの陸上植物に障害を引き起こすが、水田で栽培されるイネは主にアンモニウムイオンを吸収・利用する。ここで、アンモニウム毒障害回避には、根の正味のアンモニウムイオン吸収量調節が重要と考えられる。申請者は、遺伝子破壊変異体イネを用いた解析から、イネのタンパク質キナーゼOsACTPK1が、高濃度外来アンモニウムイオン供給下のイネ幼植物根のアンモニウムイオン吸収の負の制御に関わる結果を得た。本研究では、OsACTPK1に着目して、イネ根のアンモニウムイオン過剰摂取抑制の分子機構を解明することを目的とした。最終年度前年度までの研究で、イネにおいて、OsACTPK1遺伝子は、高濃度アンモニウムイオン供給に特異的に応答して根のほぼ全ての細胞群で発現することと、OsACTPK1タンパク質が、原形質膜にアクセス可能なサイトゾルに主に蓄積することが判明した。また、大腸菌内発現組換えOsACTPK1を用いたin vitroリン酸化活性解析から、OsACTPK1は、Mn2+依存性セリン/スレオニン/チロシンタンパク質キナーゼであることや、酵母Two-hybrid解析で、OsACTPK1がイネ根のアンモニウムイオン輸送に関わる原形質膜タンパク質群と原形質膜上で相互作用することが示唆された。最終年度の研究では、in vitroで、組換えOsACTPK1が、上記原形質膜タンパク質群をリン酸化することと、このリン酸化が、アンモニウムイオン初期同化系への炭素骨格供給に関わる有機酸で阻害されることが判明した。以上から、イネ根において、OsACTPK1が、体内の利用可能な炭素骨格供給量に応じて、原形質膜のアンモニウムイオン輸送に関わるタンパク質の輸送活性を制御することが示唆された。
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