hayashi_050715

Arabidopsis Basic Leucine
Zipper Proteins That Mediate
Stress-Responsive
Abscisic Acid Signaling
The Plant Cell, vol. 14,343-357, February 2002
Joung-youn Kang, Hyung-in Choi,
Min-young im, and Soo Young Kim
Introduction
ABA(アブシジン酸)について
植物は不利な環境に適応する能力を
持っている。
このような環境応答のプロセスの1つに、
ABAが介在する経路がある。
例えば、乾燥ストレス条件下ではABAの量が
増加することで、気孔の閉鎖が誘導される。
→蒸散の抑制、水分消失の防止
Introduction
ABAに関連する遺伝子
ABAは様々なストレス応答に関与している。
ストレス誘導性の遺伝子の大部分が、
ABAによって発現を制御されている。
ABREは、ABAやストレスに関連する配列で、
以前の研究で明らかになってきている。
Introduction
ABF(ABRE-binding factor)とは
ABREに結合して機能するタンパク質。
または、そのタンパク質を合成する遺伝子。
ABAやストレスに誘導される。
今回の研究では、ABF3とABF4に着目して、
遺伝子を過剰発現させた。
Methods
植物材料
シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)
22℃、長日条件(明期16時間、暗期8時間)、
土壌または無菌状態で生育
 土壌条件
バーミキュライト:パーライト:ピートモス=1：1：1
 無菌条件・・・MS培地上で生育
1%スクロースとABA、食塩、グルコース、マンニトールを
条件に合わせて添加
Methods
実験方法
ABF3、ABF4をそれぞれ過剰発現させた。
→それぞれ、以後ABF3植物、ABF4植物とする。
野生型、ABF3植物、ABF4植物を様々な
条件で生育させたものを比較・検討した。
発現解析はRNAゲルブロット解析を用いた。
→今回は少し出てくるだけなので、省略させていただきます。
Methods
実験方法
乾燥処理
土壌で生育させた3週間生のものを用いた。
ABF3植物と野生型を比較する際には11日間、
ABF4植物と野生型を比較する際には12日間、
水を与えずにおき、その後再び水を与えた。
蒸散速度の測定
葉を切り取って、その生体重量を測定し、
時間経過による重量の減少を蒸散速度とした。
Results
トランスジェニック植物の成長
(Figure 1)
 ABF３植物
少し成長の遅れが見られたが、
成長パターンは野生型と
同様であった。 (A)
発芽も数時間遅れた。(C)
 ABF4植物
著しい成長の遅れが見られた。(A)
↑発現量に依存している。(B)
発芽に遅れは見られなかった。
Results
ABAに対する応答
(Figure 2)
 濃度に関して
 ABA濃度が0.5μM以上 (A)
成長が阻害され、本葉が出るまで
発達しなかった。
 ABA濃度が0.25μM (B)
影響を受けたものの、
本葉が出るまで成長した。
Results
ABAに対する応答
(Figure 2)
 成長段階における特異性に関して
 発芽率 (C)
野生型
80%
ABF3
8%
ABF4
28%
 根の成長 (D)
野生型
84%
ABF3
51%
ABF4
35%
→発芽段階とその次の段階の
双方において、影響を受けている。
Results
塩に対する応答
(Figure 3)
塩濃度が高いと発芽が抑制されることが分かっており、
ABAはその制御過程においての役割を担っている。
濃度に関して
 NaCl 100mMのとき (A)
野生型などは抑制されていない。
ABF3植物、ABF4植物ともに
完全に抑制されていた。
 KCl 100mM、
マンニトール100mMのとき(B)
KClではNaClと同様の応答
マンニトールでは通常の応答
→ 塩に対して影響を受けやすい
浸透圧よりもイオンが関連
Results
糖に対する応答
(Figure 3)
糖でも高濃度の場合は成長を阻害する。
この場合でも、ABAは重要な役割を担っている。
 3%グルコース
ABF3植物とABF4植物は、
完全に阻害されている。
 3%マンニトール
明らかに阻害されているが、
その程度は野生型と同程度である。
→糖に対しても影響を受けやす
いが、グルコースに特異的な
ものである。
Results
その他の植物ホルモンに関して
(Figure 4)
 ABF3植物には影響が無かった。
 ABF4植物にも明確な影響は無かったが、
下記のようなことが見られた。
 エチレンに関して (A)
上偏成長により、
葉が屈曲する傾向を持つ。
→一般的に、ストレス条件で
エチレンの効果であるとされている。
 オーキシンに関して (B)
根の成長パターンに変化が見られた。
→オーキシンシグナリング経路に、
変化が見られたことを示している。
Results
乾燥抵抗に関して
(Figure 5)
ABAの役割の1つとして、
乾燥条件において、気孔を閉鎖させることにより、
蒸散による水分の消失を防止する働きがある。
ABF3植物やABF4植物は、乾燥ストレスを受けた
ときの応答と、同様の応答をすると予想される。
 結果
ABF3植物(A)、ABF4植物(B)ともに、
乾燥ストレス条件下での生残率は、
野生型よりもかなり高かった。
→気孔の閉鎖による
蒸散速度の低下のため
Results
乾燥抵抗に関して
(Figure 5)
 結果
ABF3植物やABF4植物は、乾燥ストレスを受けた
ときの応答と、同様の応答をすると予想される。
という予想に矛盾のない結果が
得られた。
先程の生残率は、ABF3植物や
ABF4植物は乾燥に対して、
素早く応答できたため
もしくは
始めから気孔を閉じていたため
と考えられる。
Discussion
成長に与える影響
(Figure 1,2)
 ABF3
発芽段階やその後の成長段階において抑制効果が見られた。
しかし、その効果は外因性ABAの存在条件に比べると小さかった。
→ABF3単独では、大きな抑制効果は無い。
 ABF4
発芽段階では効果が無く、
その後の成長段階において明確な抑制効果が見られた。
→ABF4単独で、発芽後の段階においては抑制効果がある。
 共通していたこと
どちらも成長の遅れは見られたものの、通常通りに成長した。
→成長速度には影響を与えたが、成長不可能ではない。
Discussion
環境条件に対する応答
(Figure 3)
 野生型と比較して、塩や糖
に強く影響を受けていた。
→主に浸透圧に関する反応性
の高まりによるものである。
 しかし、マンニトールにおい
ては通常であった。
→浸透圧とは別の経路が
存在し、 ABF3やABF4は
塩やグルコースに特異的な
経路に関係している。
Discussion
気孔の開閉に与える影響
(Figure 5)
 ABF3、ABF4ともに気孔の閉鎖に関連していた。
→結果、蒸散速度が低下し、乾燥耐性が高まった。
 逆に、通常条件でも気孔の開口部は小さい。
→ガス交換などが妨げられ、光合成機能の低下など、
成長の阻害要因の1つになっている。
Discussion
まとめ
ABF3とABF4は、ABAシグナリングに
関連することが確認できた。
同じABFというグループの中でも、
細かく見ると機能の違いがある。
（成長段階の違いなど）
今回の実験では、過剰発現させたことにより、
機能的な余剰が発生した。
→結果としては、ほとんど悪い結果となった。

Download Report