イネ液胞膜H+-ピロホスファターゼの環境ストレスに対する役割

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要約

液胞膜に存在するプロトン輸送性ピロホスファターゼは、植物細胞の恒常性を維持するのに重要な働きをしていると考えられる。イネから本酵素の遺伝子を単離し、低温ストレスや塩ストレスに対する機能の解析を行った。

  • 担当:食品総合研究所・生物機能開発部・分子情報解析研究室
  • 代表連絡先:0298-38-8063
  • 部会名:食品
  • 専門:バイテク
  • 対象:イネ
  • 分類:研究

背景

イネなどの農作物の環境ストレスに対する抵抗性を増強することは、今後起こりうると予想される人口増加・食糧不足・地球環境の変化などに対処するために、早急に取り組まなければならない課題である。植物は発芽から枯死するまで同一の場所でその一生を送らなければならないことから、植物細胞には動物細胞よりも高い、環境に適応する能力が備わっていると考えられる。ピロリン酸を加水分解する際に生じるエネルギーを利用して細胞質から液胞内にプロトンを能動輸送するH+-ピロホスファターゼは、植物に特有のものであり植物の機能と深く結びついていることが予想された。本研究では、H+-ピロホスファターゼの植物細胞内での働きを解明し、植物細胞の機能を強化することを目的として、イネよりH+-ピロホスファターゼの遺伝子を単離し、その構造や環境ストレス下における挙動を解析した。

成果の内容・特徴

  • イネ日本晴のcDNAライブラリーより、H+-ピロホスファターゼの全長を含むcDNAクローンが2種類(OVP1、OVP2)単離された。それぞれ771、767アミノ酸からなり、両者とも14個の膜貫通領域が存在することが推定された(図1)。
  • OVP1、OVP2はイネ第6染色体上の異なる位置にマッピングされ、それぞれ違う遺伝子にコードされていることが確かめられた(図2)。
  • 低温ストレス(4°C)に対して、培養細胞中のOVP2の遺伝子発現量が3日間の処理で約2倍に、6日間の処理で約3倍に増加した(図3)。
  • 塩ストレス(100mM NaCl)3日間の処理によって、培養細胞中のOVP2の遺伝子発現量が約2倍に増加した(図3)。
  • OVP1、OVP2のプロモーター領域中に、塩ストレスによって誘導されるタンパク質であるsalTの遺伝子の5'上流配列と相同性の高い配列が見られた。

成果の活用面・留意点

H+-ピロホスファターゼは、生物界に普遍的なプロトンポンプであるH+-ATPaseと異なりATPを使用せず、生合成反応の副産物であるピロリン酸を基質として使用すること、1つのサブユニットで活性を持つことなどから、人為的に利用しやすい酵素と考えられる。今後は、実際に植物に遺伝子導入等を行い、さらに詳細な解析を進める必要がある。

具体的データ

図1
図2
図3

その他

  • 研究課題名:環境適応に伴う膜タンパク質の解析
  • 予算区分:経常研究
  • 研究期間:平成9年度(平成5年～9年)
  • 研究担当者:榊原祥清、小林秀行
  • 発表論文等:Isolation and characterization of cDNAs encoding vacuolar H+-pyrophosphatase isoforms from rice (Oryza sativa L.) Plant Molecular Biology 31: 1029-1038 (1996)