報告書番号

V07013

タイトル（和文）

植物による環境修復（７） －鉄欠乏シグナルの伝達機構ー

タイトル（英文）

Regulation mechanism of iron deficiency signal

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

当所では重金属耐性機構の解明に資するために、カドミウムと相互作用をする鉄の植物内での挙動について調べている。鉄欠乏状態のタバコでは、根において鉄トランスポーター(NtIRT1)や鉄還元酵素(NtFRO1)をコードする鉄吸収遺伝子の発現が誘導されることが知られている。本研究では鉄吸収遺伝子の発現制御における長距離シグナルの役割を解明するために、様々な生理条件下で鉄吸収遺伝子の発現解析を行った。鉄欠乏状態のタバコの葉を切除すると根の鉄吸収遺伝子の発現が低下した。また、鉄充分状態では葉の切除後もこれらの遺伝子の発現が誘導されなかった。これらは、鉄充分状態で送られる抑制的なシグナルではなく、鉄欠乏状態で送られる促進的なシグナルが鉄吸収遺伝子発現制御を行っていることを示す。鉄欠乏状態で新しい順に半分の葉を切除したときと、古い葉を切除したときでは同じ程度の鉄吸収遺伝子の発現が確認された。これらから、鉄吸収のための長距離シグナルは葉位に関係なく鉄の欠乏に応答して生産されることが示された。さらに、タバコ実生の根は地上部なしで鉄吸収遺伝子発現を充分に誘導できないということが明らかとなった。

概要 （英文）

To maintain the proper level of iron concentration in leaves, iron should be provided from roots to leaves as the requires. The dgl mutants of peas grafted with DGL reciprocally demonstrated that signals generated in shoots of iron deficiency regulate Fe(III) reductase activity in roots (Grusak and Pezeshgi, 1996). However, the signal substance is not identified. Furthermore, it is not clear whether the signal transmission is positive, negative, or dual-regulated.
We analyzed the abundance of mRNA of the NtIRT1 metal transporter and of the NtFRO1 ferric chelate reductase, induced by iron deficiency in tobacco plants (Yoshihara et al., 2005) in order to clarify whether the gene expression is positively controlled by the signal or not. Both genes are homologous genes of IRT1 and FRO2 in Arabidopsis. Since the expressions of IRT1 and FRO2 are also subject to post-transcriptional regulation in response to iron in Arabidopsis roots (Connolly et al., 2002, 2003), it is better to detect mRNA of the genes than to measure the activity of Fe(III) reductase. Tobacco plants were grown under the iron deficient condition in vitro and some of their leaves were cut off. At the beginning of the experiment, both of the genes were strongly expressed in roots, however, 3 hours after excision of all leaves, the expression became weak. We compared the expression pattern of the two genes in the tobacco plants which had no leaves, one leaf, a half number of leaves and all leaves. In proportion to the number of leaves increased, the gene expression became stronger. These results suggested the shoot-bone signal of iron deficiency is transmitted to roots and induces the expression of NtIRT1 and NtFRO1.

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