水チャネルの分子多様性、機能構築、細胞局在性を通した植物水生理の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640645
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 前島 正義 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 教授 (80181577)
• Keywords: 水チャネル / 液胞膜 / 細胞膜 / ストップドフロー法 / アイソフォーム / 水生理

Research Abstract

水チャネル分子種の生理的機能を解明する目的で、ダイコンの細胞膜水チャネル(RsPIP1-1,1-2,1-3,2-1,2-2,2-3)と液胞膜水チャネル(RsTIP1-1,2-1)に焦点をあて、各分子種の水透過機能の測定・遺伝子発現・蓄積量の細胞特異性の解明、水ストレス、植物ホルモンによる遺伝子発現応答、耐乾燥性植物への水チャネル遺伝子の導入と形質への影響の解析を進め、以下の結果を得た。
(1)細胞膜型と液胞膜型の分子種いずれも、幼根・胚軸の中心柱、葉柄の維管束鞘など、成長の盛んな細胞あるいは維管束周辺など水透過量の多い細胞にmRNAと水チャネルタンパク質が蓄積しており、生理的合目性に合うと考えられた。
(2)分子種個々の遺伝子を酵母で発現させ、膜を調製しストップドフロー法で水透過能を測定したところ、RsPIP2とRsPIPグループは水チャネル機能を確認できたが、RsPIP1-1,1-2,1-3では検出できなかった。RsPIP1グループは水透過以外の役割をもつ可能性が高い。
(3)ダイコン実生に、浸透圧ストレスあるいは植物ホルモン(ジベレリン等)を与え、mRNAとタンパク質レベルでの変化を解析した。RsPIP1グループとRsTIPサブファミリーは大きな変動を示さず、RsPIP2グループが変動することが明らかになり応答性の高い分子種であることが明らかになった。
(4)ダイコン実生胚軸の皮層、塊根柔組織の細胞の水透過率を個別に測定したところ、いずれも300-500μm・sec^<-1>の高い値を示し、水チャネルの量と相関性のあることを確認できた。
(5)タンパク質レベルでの今後の解析を目的に、RsPIP、RsTIPの各分子種に特異的な配列をもつペプチドをウサギに免疫し、いずれも特異的で反応性の高い抗体を得た。

Research Products

• [Publications] Ikeda, M.: "Functional expression of Acetabularia acetabulum vacuolar H^+-pyrophosphatase in a yeast VMA3-deficient strain"J. Experimental Botany. 53. 2273-2275 (2002)
• [Publications] Yuasa, K.: "Equilibrium dialysis measurements of the Ca^<2+>-binding properties of recombinant radish vacuolar Ca^<2+>-binding protein expressed in E. coli"Biosc. Biotechnol. Biochem.. 66. 2382-2387 (2002)
• [Publications] Suga, S.: "Aquaporin isoforms responsive to salt and water stresses and phytohormones in radish seedlings"Plant Cell Physiol.. 43. 1229-1237 (2002)
• [Publications] Pittman, J.K.: "Distinct N-terminal regulatoy domains of Ca^<2+/>H^+ antiporters"Plant Physiology. 130. 1054-1062 (2002)
• [Publications] Fujiwara, S.: "Molecular properties of a unique matrix attachment region-binding protein in tobacco cells"Plant Cell Physiol.. 43. 1558-1567 (2002)
• [Publications] Yang, S: "Modulation of vacuolar H^+-pumps and aquaporin by phytohormones in rice seedling leaf sheaths"Biol. Pharm. Bull.. 26. 88-92 (2002)
• [Publications] Mimura T: "Rapid increase of vacuolar volume in response to salt stress"Planta. 216. 397-402 (2003)
• [Publications] Hagiwara, Y.: "Subcellular localization of host and viral proteins associated with tobamovirus RNA replication"EMBO J.. (in press). (2003)
• [Publications] Suga, S: "An abundance of aquaporins in specific cells and osmotic water permeability of individual protoplasts of radish"Plant Cell Physiol.. 44(in press). (2003)
• [Publications] 中西 洋一: "液胞のCa^<2+>集積とプロトンポンプ"蛋白質核酸酵素. 47. 1777-1782 (2002)
• [Publications] 須賀 しのぶ: "液胞膜の分化と多様性"細胞工学別冊 植物細胞工学. 17. 190-195 (2002)
• [Publications] 前島 正義: "液胞膜H^+-ピロホスファターゼと膜ダイナミクス"細胞工学. 12. 1522-1527 (2002)
• [Publications] 中西 洋一: "液胞型H^+ポンプ"細胞工学別冊 植物細胞工学. 18(印刷中). (2003)
• [Publications] 三村 久敏: "膜輸送システムの分子構造と機能"細胞工学別冊 植物細胞工学. 18(印刷中). (2003)
• [Publications] 前島 正義: "膜輸送系の阻害剤"細胞工学別冊 植物細胞工学. 18(印刷中). (2003)
• [Publications] Maeshima, M.: "Handbook of Plant Growth. pH as a Master Variable in Plant Growth"Marcel Dekker, Inc.. 446 (2002)