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)大気中二酸化炭素濃度の増加による気孔数の減少

2015-11-27 14:03:55 | 読んだ論文備忘録

Elevated CO2-Induced Responses in Stomata Require ABA and ABA Signaling
Chater et al.  Current Biology (2015) 25:2709-2716.

DOI: 10.1016/j.cub.2015.09.013

大気中CO2濃度([CO2])が上昇すると、葉の気孔が閉じ、気孔数も減少し、蒸発散が低下する。英国 シェフィールド大学Gray らは、[CO2]による気孔の発達や機能の制御機構について、シロイヌナズナを用いて解析を行なった。その結果、[CO2]の上昇は孔辺細胞の活性酸素種(ROS)の増加を引き起こし、ROSのスカベンジャーを与えると[CO2]上昇による気孔閉鎖が弱まることがわかった。また、ROSを生成するNADPHオキシダーゼ(RBOH)が機能喪失したrbohD rrbohF 二重変異体は、[CO2]上昇による気孔閉鎖が弱まった。また、rbohD rrbohF 二重変異体は気孔密度が増加した。よって、NADPHオキシダーゼ活性および[CO2]上昇によって誘導されるROSは気孔の密度と開度の減少を誘導することが示唆される。次に、[CO2]上昇に対する孔辺細胞の応答におけるアブシジン酸(ABA)の役割について解析を行なった。ABA受容体が機能喪失したpyr1 pyl1 pyl4 三重変異体やpyr1 pyl1 pyl2 pyl4 四重変異体は[CO2]上昇による気孔閉鎖を示さず、ROS生産の増加も見られなかった。よって、[CO2]を介した気孔の閉鎖の際に見られるROSの増加にはABA受容体が関与していることが示唆される。孔辺細胞で発現するABA生合成酵素が機能喪失したnced3 nced5 二重変異体は、[CO2]上昇による気孔閉鎖が低下し、ROSの増加も見られなかった。また、ABA受容体変異体もABA生合成変異体も[CO2]上昇による気孔密度の増加が見られなかった。ABA欠損変異体aba3-1nced3 nced5 二重変異体は通常の[CO2]で野生型よりも気孔密度が高くなるが、aba3-1 変異体において孔辺細胞特異的にABA3 を発現させた個体、もしくはnced3 nced5 二重変異体において気孔前駆細胞特異的にNCED3 を発現させた個体の気孔密度は野生型と同等になった。またこれらの個体は[CO2]上昇によって気孔密度が減少した。したがって、[CO2]上昇による気孔密度の低下は気孔前駆細胞や孔辺細胞特異的にABA生合成を回復させることで引き起こされる。通常の[CO2]および高[CO2]で育成した野生型植物の地上部のABA含量に差異は見られなかった。よって、[CO2]の変化による気孔密度の変化は、葉全体のABA濃度の変化ではなく、ABA感受性もしくはABA局在の変化によるものであると考えられる。以上の結果から、[CO2]上昇による気孔密度と気孔開度の制御には活性酸素種の増加が関与しており、この増加にはアブシジン酸シグナルが関与していることが示唆される。

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論文)イネ冠根発達の制御機構

2015-11-12 06:22:40 | 読んだ論文備忘録

The Interaction between Rice ERF3 and WOX11 Promotes Crown Root Development by Regulating Gene Expression Involved in Cytokinin Signaling
Zhao et al  Plant Cell (2015) 27:2469-2483.

doi:10.1105/tpc.15.00227

WOX11 はイネの冠根分裂組織が出現する際に発現するWUSCHEL 関連遺伝子で、冠根発達における主要な調節因子であるが、その機能は明らかとなっていない。中国 華中農業大学のZhao らは、酵母two-hybrid法を用いて、WOX11と相互作用をするタンパク質をコードする遺伝子をイネ根端由来のcDNAライブラリーから選抜し、AP2/ETHYLENE-RESPONSIVE FACTOR(ERF)タンパク質のERF3をコードする遺伝子(Os01g58420)を単離した。ERF3とWOX11は生体内において核内で相互作用をすることが確認された。ERF3 は様々な組織で発現しており、特に冠根の始原細胞群、冠根分裂組織、伸長中の冠根で発現していた。この発現パターンはWOX11 の発現パターンと重複しているが、WOX11 は主に冠根出現時に発現しており、始原細胞群では発現は見られないという違いがある。ERF3 の発現は、WOX11 と同様に、オーキシンやサイトカイニンに応答して誘導された。人工マイクロRNAによってERF3 の発現を抑制した系統(amiERF3 )の幼苗は、野生型と比較して冠根数が少なく、長さも短くなった。ERF3 を過剰発現させた系統(OE3 )は、冠根数が増加し、根が長くなった。また、OE3 系統では根分裂組織の細胞数が増加し、縦方向の細胞長も長くなっており、amiERF3 系統では根端分裂組織の細胞数が少なく、縦方向の細胞長が短くなっていた。したがって、ERF3 はイネ根分裂組織の細胞分裂と縦方向の細胞伸長の促進に関与しているものと思われる。冠根の誘導や成長に関与しているCROWN ROOTLESS1CRL1 )、CRL4/GNOM1CRL5OE3 系統において発現が強く誘導され、CRL1CRL4/GNOM1amiERF3 系統において発現が抑制されていた。よって、ERF3 はこれらの遺伝子の発現を直接もしくは間接的に制御していると思われる。しかしながら、WOX11 の発現量は変化が見られなかった。イネの根での発現が強く、WOX11 による発現制御を受けている4つのAux/IAA 遺伝子(IAA5IAA11IAA23IAA31 )と4つのタイプAレスポンスレギュレーター遺伝子(RR1 -RR4 )についてamiERF3 系統とOE3 系統での発現量変化を見たところ、Aux/IAA については個々の遺伝子で発現量変化のパターンが異なっていたが、RR についてはRR1RR2RR3OE3 系統で発現量が増加していた。また、RR1RR2amiERF3 系統で発現量が減少していた。WOX11はRR2 遺伝子プロモーター領域に結合して伸長中の冠根のRR2 の発現を直接抑制していることが知られている。RR2 遺伝子にはERFタンパク質が結合するGCCモチーフが3ヵ所存在し、ERF3はRR2 遺伝子の第1エクソン内のGCCモチーフに結合することが確認された。ERF3とWOX11の相互作用は、WOX11のRR2 遺伝子プロモーター領域への結合を促進していた。amiERF3 系統の冠根が少なく主根が短い表現型はwox11 変異体の表現型と類似している。amiERF3 wox11 系統はwox11 変異体よりも表現型が強く現れ、RR2 転写産物量が減少していた。したがって、WOX11ERF3 の両方によって冠根の発達が制御されていると考えられる。wox11 変異体においてERF3 プロモーター制御下でERF3 を発現させると冠根量が増加してwox11 変異体の表現型を部分的に相補し、RR2 転写産物量も増加していた。RR2 を過剰発現させた系統では冠根数が増加し、発現抑制した系統では減少しており、RR2 の発現量と冠根誘導は正の相関がある。したがって、RR2 の発現がERF3 /WOX11 による冠根発達制御に関与していると考えられる。これらの結果から、以下のモデルが考えられる。冠根誘導時においては、ERF3が直接RR2 遺伝子に結合して発現量を増加させることでサイトカイニンシグナルを抑制し、冠根誘導を促進する。冠根伸長時においては、WOX11 が発現し、WOX11はERF3と相互作用をしてRR2 遺伝子に結合して遺伝子発現を抑制し、サイトカイニンシグナルを高めることで冠根伸長を促進する。

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論文)イネの出穗を制御するRING-フィンガーユビキチンリガーゼ

2015-11-05 20:19:45 | 読んだ論文備忘録

The RING-Finger Ubiquitin Ligase HAF1 Mediates Heading date 1 Degradation during Photoperiodic Flowering in Rice
Yang et al  Plant Cell (2015) 27:2455-2468.

DOI:10.1105/tpc.15.00320

イネの出穂は日長によって制御されている。ジンクフィンガー型転写因子のHeading date 1(Hd1)は、日長に応答してフロリゲン遺伝子Hd3a の発現を直接に制御している。しかしながら、日長に応答したHd1タンパク質の蓄積の制御機構に関しては明らかとなっていない。中国 華中農業大学のWu らは、酵母two-hybridアッセイによってHd1と相互作用をするタンパク質の探索を行ない、C3HC4ジンクフィンガータンパク質をコードする遺伝子(LOC_Os04g55510)を同定し、Heading date Associated Factor 1HAF1 )と命名した。BiFCアッセイやプルダウンアッセイからHAF1タンパク質とHd1タンパク質は核内において相互作用をすることが確認された。HAF1 遺伝子にT-DNAが挿入された変異体は出穗遅延を起こすことから、HAF1 はイネの出穗を制御していると考えられる。haf1 変異体は、長日条件で出穗が野生型よりも21日遅れ、短日条件では17日遅れた。haf1 変異体と野生型植物の間で葉の展開速度に差は見られないことから、haf1 変異体の出穗遅延は花成への移行の遅れによるものであると考えられる。haf1 変異体は花成遅延の他には農業形質に大きな変化は見られなかった。HAF1 転写産物は調査した全ての組織において検出され、特に葉身において量が多く、その発現量は栄養成長期から生殖成長期まで一定であった。HAF1 の発現の日変化を見ると、長日条件においても短日条件においても、日中よりも夜間の発現量が高くなっていた。野生型とhaf1 変異体との比較から、HAF1GI の発現に対して影響してはいないが、haf1 変異体ではHd1 の発現の日変化のピークが低くなり、Ehd1 の発現、フロリゲン遺伝子であるRFT1Hd3a の発現が完全に抑制されていた。したがって、HAF1 は花成経路においてEhd1Hd1RFT1Hd3a よりも上位に位置しており、Hd1 を介した経路とEhd1 を介した経路の両方に関与していると考えられる。HAF1 遺伝子は667アミノ酸からなるC3HC4-タイプRINGフィンガータンパク質で、E3ユビキチンリガーゼ活性を有していた。おそらく、HAF1タンパク質は二量体を形成してE3ユビキチンリガーゼとして機能するものと思われる。ユビキチン化アッセイ試験から、Hd1はHAF1によってユビキチン化され、プロテアソーム系によって分解されることが確認された。また、haf1 変異体ではHd1タンパク質量の概日変化が不明瞭となり、一日を通して一定になっていた。したがって、HAF1はHd1タンパク質の安定性に関与していることが示唆される。hd1 変異体は、野生型と比較して、短日条件での出穗が遅延し、長日条件での出穗が早くなる。haf1 hd1 二重変異体の短日条件での出穗はhd1 変異体と同じ出穗時期の変化を示したことから、Hd1 は遺伝学的にHAF1 よりも上位にあると考えられる。しかし、長日条件でのhd1 haf1 変異体の出穗時期はhaf1 変異体のそれと類似していた。したがって、HAF1は短日条件では主にHd1を介して出穗時期を制御していると考えられる。長日条件での出穗はHd1ではなくEhd1RFT1 によって制御されていることから、HAF1は長日条件ではHd1以外の花成調節因子のユビキチン化をすることで出穗時期を制御しているものと思われる。以上の結果から、HAF1は日長に応答してHd1タンパク質量を制御することで花成誘導において重要な役割を演じていると考えられる。

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