Recent advances in technical innovations for DNA sequencing and their expression array analyses have accelerated understanding of mechanisms for gene regulation in diverse organisms from prokaryotes to eukaryotes including plants. During analyses of these data, it has become clear that heritable epigenetic modifications, in which the modifications are attributed to the degree of methylation of a gene and not to the change in its sequence, sometimes occur and can affect the level of gene expression by reducing its transcriptional level. DNA methylation at cytosine residues has been found to affect many important biological processes, including maintenance of genome integrity, developmental regulation, and regulation of gene expression. In many organisms, allelic diversity generates phenotypic variations and contributes to many events, such as development, adaptation to changing environment, and genome evolution. Allelic diversity is generally defined by the difference in nucleotide sequences that code for a gene. However, recent studies on recessive allele-specific DNA methylation of Brassica self-incompatibility alleles demonstrate that DNA methylation patterns in plants can vary temporally and spatially in each generation. In this review, we firstly present overview of self-incompatibility system in Brassica and then describe dominance relationships in Brassica self-incompatibility regulated by allele-specific DNA methylation and their possible underlying mechanisms.

抄録全体を表示

植物ホルモン,病原体の感染,環境ストレスなどに対する植物の応答過程では,さまざまな刺激により細胞外やオルガネラ(細胞内Ca^<2+>ストア)から細胞質中へのCa^<2+>動員が誘導され,二次メッセンジャーとして細胞内シグナル伝達系において中心的な役割を果たす.この際,それぞれの刺激に特有の細胞質Ca^<2+>濃度変化の時間的・空間的パターンが情報の識別に重要と考えられているが,パターンの形成に関与するCa^<2+>動員に関与する分子やその調節機構は,長く謎に包まれていた.最近になって,細胞膜や液胞膜に存在するCa^<2+>チャネル遺伝子が同定され始め,Ca^<2+>動員制御の分子機構の研究が本格的に開始されつつある.本稿では,最近同定された植物のさまざまな種類のCa^<2+>チャネル分子について概説すると共に,アブシジン酸,感染シグナル(エリシター),機械刺激などの刺激を例に取り,ストレス応答シグナル伝達系の初期過程における細胞内のCa^<2+>の動態とその制御機構について解説する.

抄録全体を表示

21-24塩基からなる小分子RNAが生物細胞のなかで,RNAサイレンシングあるいはRNAiと呼ばれる機構を介して多様な遺伝子発現制御にかかわっていることがわかってきた.従来,ウイルスやトランスポゾン,あるいは外来性遺伝子の異常な発現によって生じた二本鎖(ds)RNAを介して生成したshort interfering(si)RNA経路がよく知られていたが,ここ数年,内在遺伝子に由来したヘアピン構造をもつ転写産物から生じるmicro(mi)RNAが形態形成に関わる転写因子遺伝子を標的として,その転写産物の切断や翻訳抑制に機能していることがわかってきている.さらに,miRNAを介して異なる遺伝子を標的とするta-siRNAが生成する経路や,内在するセンス-アンチセンス鎖の重なりから生じるnat-siRNA経路等が明らかになっている.小分子RNAが遺伝子発現制御において果たす生理的役割は極めて大きく,その概略を紹介する.

抄録全体を表示

Seed germination completes when radicle emergence occurs through the surrounding tissues (testa and endosperm). To do this, embryonic growth potential should overcome the mechanical resistance caused by testa and endosperm. Therefore, germination processes require the activation of embryonic growth potential and weakening of surrounding tissues after seed imbibition. Hydrolytic enzymes of cell wall components are activated to weaken endosperm after seed imbibition. Gibberellin (GA) and abscisic acid (ABA) regulate the activation of these enzymes antagonistically. On the other hand, embryonic growth potential is activated in part by enhancing protein synthesis after imbibition. It is predicted that the protein synthesis is regulated by GA and ABA thorough the AtTCP/site II motif transcription complex. In this article, we summarize the functions of embryo and endosperm in terms of hormone actions.

抄録全体を表示

The majority of genes encoding gibberellin (GA) biosynthesis and deactivation enzymes have been identified to date. Recent studies have highlighted the occurrence of previously unrecognized deactivation mechanisms, including epoxidation and methylation. GA concentrations in plant tissues are carefully optimized by a number of internal and external signals. Studies have recently shown that, in many cases, bioactive GA levels are modulated through coordinated regulation of GA biosynthesis and deactivation. In addition, the identification of transcription factors that directly regulate GA biosynthesis and deactivation genes has started to uncover the molecular mechanisms for fine-tuning the hormone levels. In this article, I summarize our current understanding of the GA biosynthesis and deactivation pathways in plants, and discuss how the concentration of bioactive GAs is regulated in several selected systems.

抄録全体を表示

植物の酸化的代謝反応に基づく生物微弱発光(バイオフォトン)は,各種のストレスに植物が応答した結果,発生量が高まることが知られている.このため,バイオフォトンはストレスに対する生体情報として位置づけられている.バイオフォトンは,植物が病原菌感染に対して示す防御応答に付随して,その発生量が高まるが,イネでは,バイオフォトン生成に至るシグナルはリン脂質代謝経路を通って伝達されていることが判明した.さらに,この防御応答に付随したバイオフォトンは,抵抗性誘導剤のプライミング作用によりその発生量が高まることを発見し,この現象を利用して病害抵抗性誘導剤の探索システムの構築に成功した.

抄録全体を表示

Fusicoccins are a class of diterpene glucosides produced by the plant-pathogenic fungus Phomopsis amygdali. As modulators of 14-3-3 proteins, fusicoccin A functions as a potent activator of plasma memblane H^+-ATPase in plants. From the mycelia, a cDNA encoding fusicocca-2,10(14)-diene (a tricyclic hydrocarbon precursor for fusicoccins) synthase (PaFS) was isolated. This enzyme is chimera protein, which possesses not only cyclase activity but also prenyltransferase (geranylgeranyl diphosphate synthase) activity. The functional analysis of truncated mutants and site-directed mutagenesis demonstrated that PaFS consists of two domains, a terpene cyclase domain at the N terminus and a prenyltransferase domain at the C terminus. Our data base survey suggested that such chimeric terpene synthase also occur in other fungal species. According to these results, we can propose the unusual diterpene synthase family, specific to fungi.

抄録全体を表示

Plant hormones are signal compounds, which regulate various responses at a low concentration in plants. Endogenous levels of them had been quantified mainly by using GC-EI-MS. Recently, microanalysis by using LC-ESI-MS/MS has been carried out frequently. This method does not require complicated purification and derivatization that GC-EI-MS requires. However, because the ionization efficiency in LC-ESI-MS/MS method is susceptible to impurities, this requires purification suitable to this system. In RIKEN Plant Science Center, we aim to establish a system for comprehensive analysis of all bioactive plant hormones and their precursors/metabolites. Here, we report our current method for purification and quantification of bioactive hormones (GA_1, GA_4, ABA, IAA, JA, SA, CKs and BRs) in dry seeds, leaves and flowers of Arabidopsis.

抄録全体を表示

苗の「品質」や「健苗」という用語は存在するものの,定義は曖昧である.ここでは,それを補うために各種の要因と苗の生理生態との関係を整理した.育苗法は温床育苗から鉢育苗へと替わり,最近では,セル成形苗が急速に普及して現在に至っている.セル成型苗は,従来の育苗とは異なり,セル容量が小さく栽植密度が高いので,根域制限,相互遮蔽,乾燥ストレスと成育の関係や定植後の成育・収量への影響が調べられた.徒長はセル育苗の大きな問題であり,機械定植では大き過ぎる苗や徒長苗は植え傷みしやすい.このため,矮化剤,接触刺激,肥料制限,光質制御による徒長抑制が行われた.苗に付加価値を与えるために,種子発芽の促進と斉一性の向上,花芽分化の促進,接ぎ木による耐病性などの付与,ウイルス・フリー化や弱毒ウイルスの接種が研究された.苗や挿し穂の長期貯蔵は育苗センターで求められており,苗貯蔵中の低温,光源の種類,空気組成の影響や育苗時の相対湿度,ABAの散布などによる貯蔵期間延長効果が調べられた.

抄録全体を表示

植物根内に生息するシュードモナスフルオレッセンスという細菌の一種を用いて,微生物を成分とする植物成長調整剤(商品名:「セル苗元気」)を開発した.現在,トマトおよびミニトマトの生育抑制剤として登録があり,セル成型育苗時の育苗培地として使用すれば,徒長防止効果が期待できる.育成されたトマト苗がアントシアン様色素を蓄積することから,作用機作は成分微生物の根部進入および定着のストレスによるものと推測している.成分微生物はトマト以外の作物種にも定着し,生育抑制作用を示すので,今後,農薬として適用を広げていく計画である.

抄録全体を表示