植物の「ストレス傷害」メカニズムを解明 〜環境ストレスに強い作物の開発指針となる新たな発見〜 山口大学 大学研究推進機構 教授 真野純一 鳥取大学大学院 連合農学研究科 Md. Sanaullah Biswas 植物細胞 環境ストレス 活性酸素 増加 脂質 酸化 活性カルボニル種 HNE, アクロレイン etc. R C3LP 活性化 O 日本学術振興会 科学研究費補助金（基盤研究（Ｃ））補助事業 細胞 傷害 研究の背景 ・ 植物の環境ストレスによる傷害は農業生産を大きく損ねる ・ 環境ストレス傷害の原因は活性酸素であるが，植物が傷害され るメカニズムはわかっていない 本研究の成果 ・ 活性酸素による植物細胞傷害の過程を詳しく解析 ・ 細胞傷害の主因は，活性酸素ではなく，活性酸素が脂質と反応 して生成する「活性カルボニル種」であることを発見 ・ 活性カルボニル種はタンパク質分解酵素（C3LP：カスパーゼ３様 プロテアーゼ）を活性化し，プログラム細胞死を開始させる ・ 植物の環境ストレス傷害の詳細なメカニズムが明らかになった 研究の詳細 1. 活性酸素は植物細胞で活性カルボニル 種を増大させる アクロレイン O 0.8 nmol g FW-1 nmol g FW-1 O 6 5 4 3 2 1 0 2. 活性カルボニル種は植物細胞のプロ グラム細胞死（PCD）を引起こす ＨＮＥ OH 0.6 0.4 0.2 正常細胞 0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 HNEを添加 するとDNA が断片化＝ PCD 細胞が傷害を受けるときだけ，アクロレインな どの活性カルボニル種が生成している HNEとカルボ ニル消去剤を 添加すると， PCDは起こら ない 植物細胞 環境ストレス 活性酸素 増加 脂質 酸化 活性カルボニル種 HNE, アクロレイン etc. R O C3LP 活性化 細胞 傷害 研究の詳細 2. 活性カルボニル種は植物細胞の プログラム細胞死（PCD）を引起こ す BY-2細胞 生存率(%) 3. 活性カルボニル種がプログラム細胞死 の引き金となるタンパク質分解酵素 （C3LP）を活性化する 3,500 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 アクロレイン （0.2 ｍM）添加 3,000 アクロレイン無添加 2,500 C3LP活性 2,000 (pmol/分/g) 1,500 アクロレイン （0.2 ｍM）添加 PCDが進行 アクロレイン無添加 1,000 500 0 0 1 2 3 4 5 0 6 20 40 60 経過時間（分） 経過時間 (時間) 植物細胞 環境ストレス 活性酸素 増加 脂質 酸化 活性カルボニル種 HNE, アクロレイン etc. R O C3LP 活性化 細胞 傷害 研究の詳細 4. 高塩分ストレスによる根の損傷は活性カルボニル種が原因である。 高塩分ストレスを受けた根では活 性カルボニル種が生成。試薬の発 色（赤紫）で検出した。 正常な根 正常な根では活性カルボニル 種は検出されない。 高塩分ストレスを 受けた根。明るく 光る点はプログ ラム死を起こした 細胞。 カルボニル消去 剤を与えると，高 塩分ストレスでも プログラム細胞 死は起こらない。 結論 活性酸素の傷害作用は，活性カルボニル種がC3LPを活性化して引き起 こすプログラム細胞死である。 「活性カルボニル種は植物においてカスパーゼ３様 プロテアーゼを活性化してプログラム細胞死を開始 させる」 著者 ・ Md. Sanaullah Biswas（鳥取大学大学院・連合農学研究科） ・ 真野 純一（山口大学・大学研究推進機構） 国際誌 Plant & Cell Physiology 2016年（第57巻）７月号に掲載 ← ハイライト記事として表紙に採用 本研究の意義 植物において活性酸素の傷害作用機構を初 めて明らかにした。 今後の展望，社会的意義 ・ 環境ストレスに耐性をもつ作物の新たな育種・開発の 可能性。 ・ 作物の環境ストレス耐性を高める薬剤・栽培法の開発 につながる。 食糧増産への貢献
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