Laboratory ARA MASA のLab Note

植物観察、読んだ論文に関しての備忘録
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論文)葉が生産するアブシジン酸による根の成長制御

2016-05-24 05:25:09 | 読んだ論文備忘録

Shoot-derived abscisic acid promotes root growth
McAdam et al. Plant, Cell & Environment (2016) 39:652-659.

doi: 10.1111/pce.12669

アブシジン酸(ABA)は根の成長制御において重要な役割を果たしている。ABAは根でも葉でも生産され、シロイヌナズナでの実験からABAは師部を介して葉から根へと輸送されうることが知られている。オーストラリア タスマニア大学McAdam らは、葉で生産されたABAが根へ輸送させれて根の成長を制御しているかを調査した。トウモロコシ、ヒマワリ、ソラマメの葉に重水素標識したABAを与えたところ、何れの植物においても、通常の生育条件下において、ABAが葉から根へ輸送された。エンドウのABA生合成変異体wilty およびトマトのABA生合成変異体sitiens を用いて、地上部もしくは地下部を野生型と相互に接いで作成した植物体のABA量を調査したところ、ABA生合成変異体のつぎ穂を接いだ台木は、それが野生型でも変異体でも、野生型の接ぎ穂を接いだ場合よりABA含量が低下する、接ぎ穂のABA含量はそれ自身がABA生合成変異体であれば 台木の遺伝子型に関係なくABA含量が有意に低下する、野生型の接ぎ穂をABA生合成変異体の台木に接いでも植物体のABA含量に大きな減少は見られないことが判った。したがって、非ストレス下の根のABAはシュートから供給されており、根とシュートのABA量はシュートにおけるABA合成能によって決定されることが示唆される。ABA生合成変異体の接ぎ穂を接いだ台木は遺伝子型に関係なく根のバイオマスが減少し、側根や不定根の数が増加していた。一方、シュートのバイオマスはABA生合成変異体の台木を接いでも影響を受けなかった。接木によってABA含量と成長量が低下し、側根もしくは不定根が増加した根は、インドール酢酸(IAA)含量が高くなっていた。以上の結果から、十分に潅水された条件下において、葉で生産されたABAは根へ輸送され、これは根のABA含量に大きく影響していることが明らかとなった。葉から供給されたABAは根の成長に影響を及ぼし、この機構には根の成長を阻害するIAAが関与していると考えられる。葉由来のABAによる根の成長と構造の制御は、根とシュートのバイオマスの比率を調節する重要な機構であると思われる。

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植物観察)箱根

2016-05-22 20:07:05 | 植物観察記録

箱根へバイケイソウ調査に行ってきました。花成した個体では葉に包まれた花序が偽茎から抽出していました。調査地の中のバイケイソウ群生地3箇所と登山道に沿って点在する個体で花序が見られたものは25個体ありました。調査地全体で数千個体のバイケイソウが生えていると思いますので、花成個体はほんの一部ということになります。今日見た花としては、ホウチャクソウ、フタリシズカ、ウマノアシガタ、カキドオシ、ホソバテンナンショウ、ホオノキ、ヤマツツジがありました。

 

各個体とも偽茎が60cm程度に伸長。 林床は大分薄暗くなってきた。

 

花序が抽出した個体。 写真では2株あるが、山全体での花成個体数は非常に少ない。

 

ホウチャクソウ

 

フタリシズカ

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論文)アブシジン酸受容体RCAR3の分解に関与するF-boxタンパク質

2016-05-20 06:00:34 | 読んだ論文備忘録

The Arabidopsis F-box E3 ligase RIFP1 plays a negative role in abscisic acid signalling by facilitating ABA receptor RCAR3 degradation
Li et al. Plant, Cell and Environment (2016) 39:571-582.

doi: 10.1111/pce.12639

PYRABACTIN REISTANCE 1/PYR-LIKE/REGULATORY COMPONENTS OF ABA RECEPTORs (PYR1/PYLs/RCARs)はアブシジン酸(ABA)の受容体として機能している。中国 四川大学のYang らは、酵母two-hybrid (Y2H)システムを用いてRCAR3と相互作用をするシロイヌナズナのタンパク質の探索を行ない、SCF複合体E3リガーゼサブユニットのF-boxタンパク質をコードするクローンを単離し、このタンパク質をRCAR3 INTERACTING F-BOX PROTEIN1 (RIFP1)と命名した。Y2H試験の結果、RIFP1はSCF複合体を構成するASK1およびASK2とも相互作用をしたが、RCAR3と同じサブグループに属するRCAR1とは相互作用を示さなかった。また、これらの相互作用は細胞核内で起こっていることが確認された。これらの結果から、RIFP1はABA受容体のRCAR3と相互作用をし、生体内においてSCF E3リガーゼ複合体を形成することが示唆される。PIFP1 およびRCAR3 はシロイヌナズナにおいて調査した全ての器官において発現していた。T-DNA挿入rifp1 変異体は、ABAによる種子発芽阻害の程度が高くなっていた。しかしながら、ABAによる根の伸長阻害に対しては野生型との差異は見られなかった。芽生えの成長において、通常の状態ではrifp1 変異体、RIFP1 過剰発現個体、野生型の三者に違いは見られないが、ABA処理をするとrifp1 変異体の本葉の展開が遅延した。rifp1 変異体は、野生型やRIFP1 過剰発現個体よりも切り葉の水分損失が遅く、乾燥処理に対する耐性が高くなっていた。これらの結果から、RIFP1は発芽時や発芽後のABAシグナル伝達に対して負に作用していることが示唆される。RCAR3は生体内において不安定で、26Sプロテアソーム経路によって分解されることが報告されている。rifp1 変異体のタンパク質抽出液中でのRCAR3の分解速度は野生型植物の抽出液よりも遅かった。しかしながら、RCAR1の分解速度に差異は見られなかった。また、rifp1 変異体で過剰発現させたRCAR3の分解は野生型で過剰発現させた場合よりも遅かった。したがって、RIFP1はRCAR3を特異的に認識して分解を促進していることが示唆される。rifp1 変異体では、ABA処理によるABA応答遺伝子(RAB18RD29A )やABAシグナル伝達を正に制御する転写因子遺伝子ABF3 の発現誘導量が野生型やRIFP1 過剰発現個体よりも高くなっていた。このことから、RIFP1 はABA受容体RCAR3を分解することでABA応答遺伝子の発現を負に制御していると考えられる。以上の結果から、F-boxタンパク質RIFP1はRCAR3の安定性を負に制御することでABAシグナル伝達に関与していると考えられる。

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植物観察)入梅間近の西表島

2016-05-15 23:01:25 | 植物観察記録

ひょんなことから西表島の森に行くことになりました。5月中旬ともなると八重山の森は蒸暑く、首から下げたタオルが100m歩くたびに絞れるほど汗をかきました。丁度、春の花と初夏の花が入れ替わる時期で、もう終わりとなった花(キンギンソウ、ヒメタムラソウ)がある中、アオノクマタケラン、サキシマツツジ、ヤエヤマコンテリギの花を見ることができました。

 

アオノクマタケラン

 

サキシマツツジ

 

ヤエヤマコンテリギ

 

ユチンの滝

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論文)短日条件での花成を誘導する因子

2016-05-12 06:00:33 | 読んだ論文備忘録

NO FLOWERING IN SHORT DAY (NFL) is a bHLH transcription factor that promotes flowering specifically under short-day conditions in Arabidopsis
Sharma et al. Development (2016) 143:682-690.

doi: 10.1242/dev.128595

シロイヌナズナは条件的長日植物で、長日条件で花成誘導されるが、短日条件でも長日条件よりも長い時間をかければ花成誘導が起こる。米国 テキサス大学オースティン校Huq らは、シロイヌナズナbHLH転写因子遺伝子T-DNA挿入系統の解析から、長日条件では野生型と同じように花成するが短日条件では花成しないno flowering in short daynfl )変異体を見出した。この変異体は草丈が低く、葉は濃緑色で湾曲しており、稔実率がやや低くなっていた。野生型植物は14時間明期で育成すると16時間明期の長日条件よりも開花が遅れ、12時間よりも短日になると開花時期の遅れはほぼ同じとなる。よって長日条件花成経路は日長が12時間以下になると機能しなくなる。nfl 変異体は、14時間明期で花成するが、開花時期は野生型よりも遅く、12時間よりも短日になると全く花成しなくなった。よって、nfl 変異体の未花成表現型は短日条件特異的である。nfl 変異体はジベレリン(GA)を添加することによって短日条件でも野生型と同等に花成した。また、GA処理によって、葉の形態といった他の表現型にも回復が見られた。したがって、NFL はGAの生合成もしくはシグナル伝達に関与しているか、GAはNFLよりも下流において短日条件での花成を制御していることが示唆される。nfl 変異体にdella 四重変異(rga gai rgl1 rgl2 )を導入することによって短日条件での未花成表現型が完全に解消された。したがって、NFLはGA経路を介して短日条件での花成を制御していると考えられる。nfl 変異体に低温春化処理を長期間施しても短日条件下では花成誘導が起こらなかった。NFL プロモーター制御下でNFL-GUS融合タンパク質を発現させてNFL の発現パターンを見たところ、短日条件下の芽生えでは主に根端や茎頂分裂組織で発現しており、子葉でも弱い発現が見られた。発芽2日目では胚軸でも発現が見られたが、その後発現は減少した。長日条件では発芽2日目芽生えの胚軸と、成長過程を通して根端と茎頂分裂組織で強い発現が見られた。35SプロモーターでNFL を恒常的に発現させた際も葉よりも分裂組織での発現が強いことから、NFL は転写後制御を受けていると思われる。nfl 変異体ではGA生合成遺伝子(GA3ox1GA3ox2GA20ox1 )の発現が野生型よりも低く、GA異化遺伝子(GA2ox2GA2ox7 )の発現が増加していた。また、nfl 変異体ではGAシグナル伝達遺伝子(RGAGAIRGL1 )の発現が低く、GA受容体遺伝子(GID1AGID1BGID1C )の発現は増加していた。よってこれらの遺伝子の発現はフィードバック制御を受けていることが示唆される。春化や花成時期制御に関与する遺伝子については、FLCMAF5 の発現量が僅かに増加し、LFY の発現量が減少していた。これら遺伝子発現の結果や表現型からnfl 変異体はGA含量が低下していることが示唆される。しかし、NFLはFLCMAF5 が関与している経路についても制御していると思われる。nfl 変異体のGA生合成や異化における中間代謝産物量を調査した結果、20-酸化、3-酸化、初期の2-酸化の過程が変異体では影響を受けて短日条件での未花成表現型をもたらしていることが判った。以上の結果から、NFLは主にGAシグナル経路に作用して短日条件での花成を誘導する主要な因子であると考えられる。

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植物観察)箱根

2016-05-08 21:58:28 | 植物観察記録

箱根へバイケイソウの観察に行ってきました。この時期になると広葉樹の葉が徐々に展開し始め、林床に日陰ができるようになります。バイケイソウは草丈が60cm程になっていました。大部分の個体は9〜11枚で葉の抽出が終わっていましたが、ごく僅か14枚目が出はじめている個体がありました。このような個体は花芽形成しており、この夏に花を咲かせるものと思います。調査している山中でそのような個体を10個体程見つけました。山全体での花成個体数がはっきりするのはもう少し先になりますが、恐らく今年は少しはバイケイソウの花が見られるのではないかと思います。今日(新たに)見た花としては、ムラサキケマン、ヘビイチゴ、ツクバネソウ、ホウチャクソウ、タニギキョウ、コチャルメルソウなどがありました。

 

樹々の葉の展開が始まり、林床に日陰ができるようになりました

 

大部分のバイケイソウは葉数が9〜11枚程度であり、このような個体は今年花をつけません

 

ごく一部、14枚目の葉を出している個体があり、このような個体は夏に花を咲かせるものと思われます

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植物観察)春の北海道バイケイソウ調査 野幌

2016-05-01 19:38:52 | 植物観察記録

今日はバイケイソウ花成個体調査をしている野幌森林公園へ行きました。昨日、一昨日と気温が低くどんよりした天気でしたが、今日は久しぶりに晴れ間が見えました。こちらのバイケイソウは偽茎の抽だいが始まっており、草丈は40cm程になっていました。花成している個体ならば14枚目以降の葉が抽出するはずなのですが、そのような個体はさっと見た感じではありませんでした。やはり今年も花成個体は殆どないのかもしれません。花としては、ザゼンソウ、ニリンソウ、エンレイソウ、ミヤマエンレイソウを見ました。オオバナノエンレイソウはまだ蕾の段階でした。
来月初旬に今回と同じルートでバイケイソウの花成個体数の調査を実施します。

 

今日は久々に晴れとなりました ただし気温は低い

 

バイケイソウは偽茎が抽だいし始めました

 

葉数から判断して今年花成する個体はなさそう

 

ミヤマエンレイソウ

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植物観察)春の北海道バイケイソウ調査 旭川

2016-04-30 19:18:54 | 植物観察記録

今日は旭川のバイケイソウ群生地へ行きました。昨日、今日と気温が低く、時折霰が降る生憎の天気でした。この群生地ではカタクリが丁度良い塩梅に成長していましたが、天気が悪いため花弁は閉じたままでした。バイケイソウは葉の展開が始まったところでした。展開している葉数から推測すると、今年も開花はなさそうな感じです。一部の個体ですが、葉が透けたようになっているものがありました。ここのところの低温で葉が凍結して障害が生じたのかもしれません。

 

この群生地では葉の展開が始まりました

 

低温障害でしょうか 葉の一部が透けたようになっています

 

何らかの理由(低温障害?)で出芽初期に先端部が死んでしまい、そこが被さったままになって葉の展開を妨げている

 

食害を受けたバイケイソウの葉 カタツムリが食べた?

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植物観察)春の北海道バイケイソウ調査 道北

2016-04-29 20:33:21 | 植物観察記録

道北へバイケイソウ観察に行ってきました。稚内の海岸草原の群生地で各ジェネットの株数を調査しました。昨年は花成したジェネットは殆どありませんでしたので、大部分のジェネットで株数は昨年と同じ、一部で減少(枯死もしくは出芽前?)していました。昨年9株が花成したジェネットでは株数が51個体から54個体に増加していました。単純計算(昨年未花成の株がすべて出芽したとして)すると9個体が12個体になったということになり、花成個体の1/3が子ラメット(わき芽)を2つ形成したことになります。今年から、豊富町(兜沼近辺)のバイケイソウ群生地も調査地として加えようかと下調べをしてきました。ここも結構バイケイソウはあるのですが、ミズバショウやエゾノリュウキンカが混生する湿地の生育環境で、草原や林床とは少し異なります。ここでは、生育環境の違いと花成同調との関係が見れればと思いっています。

 

稚内海岸草原のバイケイソウ群生地

 

ここの群生地では葉の展開や偽茎の抽だいはまだ始まっていない

 

豊富町のバイケイソウ群生地 ミズバショウやリュウキンカが混生している

 

エゾノリュウキンカ

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論文)青色光照射による孔辺細胞でのデンプン分解と気孔の開口

2016-04-28 13:31:11 | 読んだ論文備忘録

Blue Light Induces a Distinct Starch Degradation Pathway in Guard Cells for Stomatal Opening
Horrer et al. Current Biology (2016) 26:362-370.

DOI:10.1016/j.cub.2015.12.036

孔辺細胞の葉緑体のデンプンは、光による気孔の開口誘導と関連していると考えられている。スイス チューリッヒ大学Santelia らは、シロイヌナズナ孔辺細胞のデンプン量の日変化を観察し、デンプンは夜の終りに見られるが、光照射により1時間以内に分解されることを見出した。興味深いことに、デンプンの減少は夜の後半から始まった。しかし減少速度は光照射による分解と比較すると緩やかであった。デンプンの合成は光照射1時間後から始まり、明期の間継続して夜まで続いた。これらの結果から、シロイヌナズナ孔辺細胞のデンプン代謝は、葉の他の細胞とは異なることが示唆される。β-アミラーゼ(BAM)は主要なデンプン分解酵素であり、葉肉細胞ではBAM3が主なアイソフォームだが、孔辺細胞ではBAM1 が強く発現していた。また、bam1 変異体では日内周期を通して孔辺細胞のデンプン含量が野生型よりも高くなっていた。よって、孔辺細胞のデンプン代謝においてはBAM1が特異的に機能していると考えられる。デンプンを完全に分解するためにはBAM以外の酵素も必要である。α-AMYLASE 3 (AMY3 )は孔辺細胞での発現量が高く、amy3 変異体は孔辺細胞のデンプン含量が高くなっていた。また、amy3 bam1 二重変異体はbam1 変異体よりもデンプン含量が高くなっていた。枝切り酵素をコードするLIMIT DEXTRINASE (LDA )は、孔辺細胞での発現量は高くはないが、lda 変異体孔辺細胞のデンプン含量は幾分か高くなっていた。夜間の葉でのデンプン分解における主要な枝切り酵素をコードするISOAMYLASE 3ISA3 )は孔辺細胞での発現量が高く、isa3 変異体では光照射後のデンプン分解は起こるが、デンプン含量は野生型よりも高くなり、isa3 lda 二重変異体ではデンプン含量が更に高くなった。これらの結果から、気孔開口時の孔辺細胞でのデンプン代謝においてはBAM1、AMY3、LDA、ISA3が機能していると考えられる。bam1 変異体は野生型と比較して光に応答した気孔開度が低く、気孔伝導度の増加が緩やかであった。しかしながら、炭酸同化に関しては殆ど野生型との差異は見られなかった。amy3 bam1 二重変異体は光照射による気孔開口が十分になされず、そのために気孔伝導度、葉の細胞間二酸化炭素濃度、炭酸同化が低く、通常の光強度条件下で育成した場合、野生型よりも小さくなった。これらの結果から、孔辺細胞のデンプン分解は、気孔開口を介した植物の光適応において非常に重要な要因であると考えられる。孔辺細胞葉緑体でのデンプン分解と気孔の開口は、光合成活性には不十分な光量子密度の青色光下でも起こった。一方、高い光量子密度の赤色光を照射した場合は、孔辺細胞でのデンプン合成が促進され気孔も開口した。したがって、孔辺細胞でのデンプン合成/分解は光の波長による制御を受けていると考えられる。また、赤色光下での気孔開口は、孔辺細胞葉緑体でのデンプン分解とは独立したものであると考えられる。孔辺細胞ではフォトトロピン1および2(PHOT1/PHOT2)によって青色光が受容され、BLUE LIGHT SIGNALING 1(BLUS1)タンパク質キナーゼやタンパク質フォスファターゼ1(PP1)によってシグナルが伝達され、細胞膜上のプロトンATPアーゼが活性化される。phot1 phot2 二重変異体やblus1 変異体の孔辺細胞は、光照射1時間後も多くのデンプンを含んでいた。一方、これらの変異体の葉肉細胞ではデンプン合成/分解は正常に起こっていた。PP1の阻害剤であるトートマイシンは、デンプン分解と気孔開口を抑制した。細胞膜プロトンATPアーゼの変異体aha1 は、光照射後のデンプン含量が高く、プロトンポンプの活性化物質であるフシコクシン(Fc)処理をすると孔辺細胞のデンプンは消失した。これらの結果から、プロトンATPアーゼ活性とデンプン分解は正の相関があると考えられる。bam1 変異体の気孔は、野生型と同様に、塩素イオンによって気孔を開口するが、amy3 bam1 二重変異体の開口度は低かった。これらの変異体にFc処理をしても気孔の開口やデンプン分解の回復は見られなかった。したがって、プロトンATPアーゼはデンプン分解過程の上流で機能しており、この過程は青色光によって誘導される気孔開口に最も必要であることが示唆される。

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