植物 窒素欠乏耐性 必須 酵素を発見
－新 ト 耐性植物 開発 貢献－
東京工業大学生命理工学院 吉竹 悠宇志大学院生 博士後期課程 年 下嶋
美恵准教授 香技術員 技術部バ 部門 池 桂子技術職員
東京薬科大学 航教授 屋大学大学院生命農学研究科 研究科長：川
一人 杉浦 大輔 う い け 助教 共 植物 窒素欠
乏下 生育 い 必須 ン脂質分解酵素を発見
研究グ ープ シ 注 生株 ン脂質分解酵素 欠損
体 そ 欠損体 ン脂質分解酵素を戻 入 相補体 注 い 通常
生育条件下 び窒素欠乏条件下 生育を比較 解析 欠損体 著 窒素
欠乏耐性 低下 い こ を見出
ン欠乏下 生育 植物 ン脂質分解酵素 活性 生体膜 構成成
分 あ ン脂質を分解 そ 際 生 ン酸を細胞 放出 こ 一
時的 ン欠乏を回避 こ 知 い 回 研究成果
ン脂質分解酵素 ン欠乏 け 窒素欠乏時 植物生育 も 要 役割を
担 い こ を明
後 植物 け ン脂質分解酵素を 窒素欠乏 ト 耐性
詳細 明 こ 新 窒素欠乏耐性植物 作出方法 開発 期
待さ
研究成果 国際科学誌 Frontiers in Plant Science フ ンテ
ン プ ント サ エン ン ン版 10 月 31 日付 公開さ
シ 各植物体 窒素欠乏下 生育 様子
通常生育 び窒素欠乏下 植物 生育比較
※+N：通常生育条件 ‒N：窒素欠乏条件 WT： 生株 pah1pah2：PAH1/PAH2欠損変異体 PAH1OE PAH1相補体 PAH2OE PAH2相補体
ポ ント
○窒素 植物 生育 け 必須栄養素
○植物 窒素欠乏 ト 耐性 寄与 ン脂質分解酵素を発見
○ ン脂質分解酵素 ン欠乏 び窒素欠乏時 も 要 あ こ 判明
研究背景 容
窒素 植物 生育 い 欠 すこ い栄養素 あ 欠乏 植物 大 ー 与
え こ 国内外 特 土壌 窒素 込 活性 向 や植物体内 窒素
利用効率 向 窒素欠乏耐性作物 開発 向け 研究 広く進 い
し し 近年 植物 窒素欠乏応答 い 生育環境中 ン濃度 影響 与え 窒素欠乏
ン欠乏 特異的 応答機構 存在す け く 両方 欠乏 密接 関連し
い こ 示唆さ い
植物 ン欠乏 さ さ 生 体膜 主要構成成分 あ ン脂質 分解す こ ン 細胞内 供給し 一時的 ン欠乏 生育 維持す こ こ 知 い 研究 ープ こ
こ ン脂質 分解 い 要 役割 担 い 酵素 PAH1 PAH2 発見し PAH1 PAH2 欠損体 著しく ン欠乏耐性 低 す こ 見出し 際 ン
欠乏時 PAH1 PAH2 胞体 ン脂質 分解す 共 生成し ー 胞体
葉緑体 供給す こ 葉緑体内 膜脂質合成 寄与し い こ 示唆さ
こ 本研究 記 う PAH1 PAH2 し ン酸 細胞内供給や 葉緑体 ー 供給 窒素欠乏時 生育 う 影響 与え 調
研究 ープ ン脂質分解酵素 ホ フ ン酸ホ ホ ー ：PAH1 PAH2 欠損変異体 い 検討 窒素欠乏条件 生育 著しく阻害さ こ 発見し 図 1A B 欠損変異体 窒素欠乏時 フ (注 )含 び光合成活性 顕著 低 す こ わ 図1C D
図1 各植物体 窒素欠乏 生育 様子 通常生育 び窒素欠乏 植物 生育比較
植物体地 部 新鮮
植物体地 部 フ 含
光化学系II 最大 子収率 Fv/Fm 注
※+N：通常生育条件 ‒N：窒素欠乏条件
WT： 生株 pah1pah2：PAH1/PAH2欠損変異体 PAH1OE PAH1相補体 PAH2OE PAH2相補体
こ 通常生育時 び窒素欠乏時 各植物葉 葉緑体 様子 透過型電子顕微鏡 観察し 図 2 結果 欠損変異体 通常生育時 生株や相補体 葉緑体 様子 違い 見
い 窒素欠乏時 顕著 葉緑体内部 膜構造 特 光合成 場 あ 膜 崩壊 著しく進 い こ わ 図 2B こ 結果 ン脂質分解酵素 PAH1 PAH2 窒素 欠乏時 植物生育 必須 あ 窒素欠乏時 葉緑体 膜崩壊 抑制 び光合成活性
維持 寄与し い こ 明
図2 通常生育条件 び窒素欠乏生育条件 け 各植物体 葉 細胞 電子 顕微鏡写真
通常生育条件 け 生株 PAH1/PAH2欠損変異体 PAH1相補体 窒素 欠乏生育条件 け 生株 PAH1/PAH2欠損変異体 PAH1相補体
※赤矢印 葉緑体 膜 - 構造 黄矢印 葉緑体 S ンプン粒
成果 意義
後 実用作物 PAH1 過剰発現させ こ 窒素欠乏 け く ン欠乏 耐性 持 作物 開発 結び付くこ 期待
用語説明
注 ：学名 Arabidopsis thaliana 植物分子生物学 研究分 全 配列 2000 年 決定さ 遺伝子情報 び遺伝子操作技術 整備さ い こ
植物 し 基礎研究 利用さ い
注 相補体：PAH1/PAH2欠損変異体 PAH1 しく PAH2 入し 植物体 注 フ ：光合成 い 光エ ー 吸収す 役割 持 色素
注 光化学系II 最大 子収率 (Fv/Fm):光合成活性 指標 ー ー フ け 光エ ー う 光合成 最大限使え エ ー 割合
論文 Phosphatidic acid phosphohydrolases are essential for growth under nitrogen- depleted conditions.
DOI: 10.3389/fpls.2017.01847
