病害・ストレス応答における葉緑体タンパク質CASの役割 The role of the chloroplast localized CAS in plant defense responses

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Abstract

Ca<SUP>2+</SUP>は細胞応答を制御する重要なシグナル分子である。病原体の感染や様々な環境ストレスにさらされた植物細胞では、細胞質Ca<SUP>2+</SUP>レベルの一過的変化が生じ、下流の生体防御応答を起動する。一方、葉緑体はジャスモン酸をはじめとするストレスホルモンの生合成に関係し、活性酸素種の主要な生成場所でもある。しかし、病害・ストレス応答における葉緑体の役割について、詳細はほとんど分かっていない。<br>我々は、イクオリンを用いた葉緑体内のCa<SUP>2+</SUP>測定系を確立し、エリシター分子や各種環境ストレスに応答して、ストロマ内のCa<SUP>2+</SUP>濃度が一過的に上昇することを見いだしている。この葉緑体Ca<SUP>2+</SUP>シグナルは、 チラコイド膜に局在するCa<SUP>2+</SUP>結合タンパク質 CASに依存する。一方、<I>CAS</I>欠失変異体では、WTと比べて塩ストレスによる壊死が速まり、逆に高浸透圧ストレスやflg22処理によるアントシアニン蓄積は遅くなる。さらに、エフェクターによる過敏感細胞死の誘導が遅延することも見いだしている。また、<I>CAS</I>欠質変異体ではflg22処理による<I>PR1</I>の発現誘導が抑制される。CASは、葉緑体Ca<SUP>2+</SUP>シグナルの発生に関係するとともに、感染や環境ストレスに対する防御応答を促進する重要な働きをしていると考えられる。葉緑体タンパク質CASが、どのように感染・ストレス応答を統合的に制御しているのかについて考察したい。

Chloroplasts are involved in the synthesis of stress hormones such as jasmonic acid and production of ROS. However, very little is known about the role of chloroplasts in plant defense responses. We recently found that various biotic (flg22 and chitin) or abiotic stresses (NaCl, sorbitol and H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>) induced the elevation of stromal Ca<SUP>2+</SUP> concentration in Arabidopsis. The chloroplast localized putative Ca<SUP>2+</SUP> binding protein CAS is involved in the generation of these stromal Ca<SUP>2+</SUP> signals. In this study, we found that high salinity-induced chlorosis was accelerated in the<I>CAS</I> knockout mutants. On the other hand, effecter-induced hypersensitive cell death and elicitor flg22- and high osmolarity-induced anthocyanin synthesis were delayed significantly in <I>CAS</I> knockout mutants. Furthermore, we revealed that CAS is involved in the flg22-induced <I>PR1</I> gene expression (SA pathway). These results suggest that CAS might play a critical role in the promotion of defense responses against these stresses.

Journal

  • Plant and Cell Physiology Supplement

    Plant and Cell Physiology Supplement 2009(0), 0547-0547, 2009

    The Japanese Society of Plant Physiologists

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