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)ジベレリンとブラシノステロイドの生合成とシグナル伝達を制御するNAC型転写因子

2016-05-31 19:55:09 | 読んだ論文備忘録

Arabidopsis NAC transcription factor JUB1 regulates GA/BR metabolism and signalling
Shahnejat-Bushehri et al. Nature Plants (2016) 2:16013.

DOI: 10.1038/NPLANTS.2016.13

JUNGBRUNNEN1(JUB1)は過酸化水素処理によって発現誘導されるNAC型転写因子で、JUB1 を過剰発現させたシロイヌナズナ(JUB1-OX )は葉の老化が遅延し、様々な非生物ストレスに対して耐性を示す。ドイツ マックスプランク植物分子生理学研究所Balazadeh らは、JUB1-OXJUB1 が機能喪失したjub1-1 変異体、人工miRNAで発現抑制されたJUB1-amiRNA の表現型を詳細に観察し、暗所で育成したJUB1-OX 芽生えは脱黄化した短い胚軸となり、jub1-1 変異体やJUB1-amiRNA は胚軸が野生型よりも長くなることを見出した。明所で育成したJUB1-OX は、芽生えは小型で葉色が濃く、ロゼット葉は小型の円形で、下向きに湾曲し、葉柄と葉身が短くなっていた。JUN1-OX の葉の細胞数は野生型と同等であったが、細胞が野生型よりも小さく、細胞拡張に関連する遺伝子の発現量が減少していた。よって、JUB1-OX の葉の小型化は細胞拡張の低下によるものと考えられる。JUB1-OX は花成が遅延し、花糸が短いために雄性不稔を示した。これらのJUB1-OX の表現型はジベレリン(GA)やブラシノステロイド(BR)の欠損変異体と類似していることから、JUB1はGAおよびBRの生合成もしくはシグナル伝達の制御に関与していることが示唆される。JUB1-OX ではGA生合成関連遺伝子(GA3ox1GA3ox2 )やBR生合成関連遺伝子(DWF4BR6ox1 )の 発現量が野生型よりも低く、JUB1-amiRNA では増加していた。また、PIF1BRS1TCH4BEE1BZR1 といったGAもしくはBRのシグナル伝達を正に制御する因子をコードする遺伝子の発現がJUB1-OX では抑制されており、JUB1-amiRNA では誘導されていた。また、GAIRGL1 およびIBH1 といったGAおよびBRのシグナル伝達を負に制御している因子の遺伝子の発現は逆のパターンを示した。これらの遺伝子のうち、GA3ox1DWE4GAIRGL1PIF4BZR1 はプロモーター領域にJUB1結合部位があり、クロマチン免疫沈降(ChIP)アッセイの結果、JUB1はBZR1 以外の遺伝子のプロモーター領域に結合することが確認された。エストラジオール(EST)誘導型JUB1 過剰発現系統を用いた試験から、GA3ox1DWF4PIF4 の発現はEST処理後に抑制され、RGL1GAI の発現は誘導されることが確認された。これらの結果から、JUB1は、少なくとも一部は、GAおよびBR経路に関与する遺伝子を直接制御することによって成長の制限をしていると考えられる。GA生合成阻害剤パクロブトラゾール(PAC)もしくはBR生合成阻害剤ブラシナゾール(BRZ)で処理をした野生型およびjub1-1 変異体芽生えは胚軸の伸長が抑制されたが、JUB1-OX はこれらの阻害剤に対して非感受性であった。暗所育成JUB1-OX 芽生えにBRもしくはGAを与えると胚軸伸長が部分的に回復し、両者を同時に与えると完全に胚軸の表現型が回復した。GA処理をしたJUB1-OX は、葉の表現型が回復し、花成誘導も早くなった。JUB1-OX にGA3ox1の基質(GA9)を与えてもGA欠損に関連した表現型は抑制されなかったが、jub1-1 変異体はGA9に対する感受性が高くなっていた。BZR1の安定性や活性が増加したbzr1-1D 機能獲得変異をJUB1-OX に導入すると、芽生えの胚軸伸長抑制や、花糸や長角果の長さに回復が見られた。よって、JUB1はBR生合成およびもしくはBZR1より上流のBRシグナル伝達に関与していることが示唆される。JUB1-OX は活性型GA量が野生型よりも少なく、jub1-1 変異体では多くなっていた。活性型GAの前駆体物質は、JUB1-OX では野生型と同等もしくは増加しており、jub1-1 変異体では減少していた。活性型BRおよびその中間代謝産物の量はJUB1-OX で減少しており、jub1-1 変異体では増加していた。JUB1-OX の芽生えや葉の形態、花成時期といった表現型は、DWF4 もしくはGA3ox1 を過剰発現させることによって部分的に回復し、JUB1DWF4GA3ox1 の三者を過剰発現させた個体(Triple-OX )は表現型が完全に回復した。そして、細胞が伸長し、細胞拡張に関与する遺伝子の発現量が増加した。これらの結果から、JUB1-OX で観察された表現型はGAおよびBRの生合成経路の異常によると考えられる。以前にJUB1-OX において観察された老化遅延や非生物ストレス耐性はTriple-OX では見られなくなったことから、これらの表現型もGA量とBR量の減少が関与していると考えられ、JUB1は成長とストレス応答のバランスを制御していることが示唆される。JUB1-OX ではDELLAタンパク質のRGAとGAIの量が野生型、jub1-1 変異体、Triple-OX よりも多く、JUB1-OX のGAが関連する表現型(桜花芽生え胚軸が短い、葉柄と葉身が短い、塩分や高温に対する耐性)は五重della 変異を導入することで失われた。これらの結果は、、DELLAは成長やストレス応答に関してJUB1の下流で作用しており、JUB1とGA3ox1はDELLAタンパク質の蓄積に関しての一貫したフィードフォワードループを形成していることを示している。JUB1 の発現を制御している転写因子を酵母one-hybrid(Y1H)スクリーニングにより探索したところ、PIF4とBZR1がJUB1 プロモーター領域と相互作用をすることが判った。JUB1 プロモーター領域にはPIF4やBZR1が結合するG-boxモチーフ(CACGTG)が1つ存在しており、ChIPアッセイからもこの領域に両転写因子が結合することが確認された。BZR1 過剰発現個体、bzr1-1D 変異体、PIF4 過剰発現個体ではJUB1 の発現量が減少しており、pif4 変異体では増加していた。ベンサミアナタバコを用いた一過的発現試験から、BZR1とPIF4はJUB1 プロモーター活性を抑制し、BZR1とPIF4を共発現させると活性はさらに低下した。GA3ox1DWF4 の発現量はBZR1PIF4 の過剰発現系統で増加し、pif4 変異体で減少していた。これらの結果から、PIF4とBZR1はJUB1 の発現を直接抑制していると考えられる。BZR1PIF4 を過剰発現させた芽生えの胚軸伸長促進はJUB1 を同時に過剰発現させることによって抑制されることから、PIF4やBZR1による細胞伸長促進はJUB1 の発現を抑制することによって引き起こされていると考えられる。以上の結果から、JUB1はジベレリンおよびプラシノステロイドの生合成とシグナル伝達を制御することで、植物の成長と非生物ストレス応答を統合する中心的な成長制御ネットワークを負に制御していると考えられる。

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植物観察)箱根

2016-05-29 21:48:56 | 植物観察記録

箱根へバイケイソウ観察に行きました。バイケイソウの成長の様子は花成の有無ではっきりと別れ、花成しなかった個体は偽茎が倒れて葉が黄化する個体が見られるようになりました。花成した個体は、花序が偽茎の外に現われて段々と大きくなり、草丈は90~100cm程度になっていました。花成個体は調査したエリア内で30個体程度ありました。また、葉の食害痕が目立つようになり、葉裏にはバイケイソウハバチの幼虫が見られました。

 

偽茎が倒れ葉が黄変する個体が出始めました。

 

花成個体では花序が偽茎の外に出て大きくなり始めました。

 

葉の食害痕が目立つようになりました。

 

葉裏にバイケイソウハバチの幼虫がいました。

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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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