植物のオキシダティブバーストと生体防御ネットワークの分子生理学的解明と応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14104004
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 道家 紀志 名古屋大学, 大学院・生農学研究科, 教授 (80023472)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉岡 博文 名古屋大学, 大学院・生農学研究科, 助手 (30240245) ; 川北 一人 名古屋大学, 大学院・生農学研究科, 助教授 (90186065)
• Keywords: 植物の生体防御 / オキシダティブバースト / NADPH酸化酵素 / rboh / MAPキナーゼ / 全身シグナル発信因子 / H^+ATPase依存Ca^<2+>インフラクス / NO生成硝酸還元酵素

Research Abstract

植物の感染防御応答の始動と発現統御で重要な「オキシダティブバースト(OXB)の分子制御機構とそれに関連する動的生体防御系のネットワーク的解明をめざし、ジャガイモおよびベンサミアナタバコ植物を用いて、次の初年度の研究成果を挙げた。(1)植物組織は非親和性菌やエリシター(HWC)に応答し、常時発現性のStrbohA(NbrbohA)と誘導性のStrbohB(NbrbohB)に依存し二相性のOXBを起こるが、OXBとは無関係に遺伝子の発現とタンパク質生成は起こり、翻訳後に活性が制御されることを示唆した。
(2)NbrbohAおよびNbrbohBの生成を、ウイルスベクターまたはAgrobacteriumを介したジーンサイレンシングで抑制した組織では、菌の接種またはHWC処理によるOXB、過敏感反応(HR)および抵抗性の発現が抑制された。(3)OXB系の活性化はリン酸化酵素により制御され、関連してrbohのN末端領域の二カ所をリン酸化する36kDaのリン酸化酵素を特定した。、(4)感染に応答し活性化される51kDaのタンパク質リン酸化酵素を純化・精製し、その諸性質からMAPK(StMPK)と同定した。(5)それを制御する上流のMAPKKのcDNA(StMEK)をクローニングし、その部位特異的塩基置換で常時発現型にしたStMEK^<DD>を発現させると、HR反応様応答が起こったが、予めrbohBをジーンサイレンシングした組織では起こらなかった。(6)第1相のOXBが、全身獲得抵抗性の誘導起点となる全身的OXBを誘導するが、その情報伝達は全身シグナル発進因子の生成とその作用によるH^+-ATPasc依存のCa^<2+>インフラクスの細胞間の連鎖反応であった。(7)HR応答では、Ca^<2+>非依存性タンパク質リン酸化酵素に依存したNO生産性硝酸還元酵素遺伝子の発現が誘導され、連動しNO生成活性の増加を確認した。

Research Products

• [Publications] Katou, S.: "Functional analysis of potato mitogen-activated protein kinase kinase, StMEK1"J.Gen.Plant Pathol.. (印刷中). (2003)
• [Publications] Yamamoto, A.: "Nitrate reductase, a nitric oxide producing enzyme, is induced by pathogen signals. J. Gen."Plant Pathol.. (印刷中). (2003)
• [Publications] Yoshioka, H.: "Nicotiana benthamiana gp91phox homologs NbrbohA and NbrbohB participate in H_2O_2 accumulation and resistance to Phytophthora infestans"Plant Cell. 15. 706-718 (2003)
• [Publications] 道家紀志: "植物の菌類病研究の現状と将来展望-感染生理学を中心として"植物感染生理談話会論文集. 38. 77-88 (2002)