耐塩性に関与するイネ液胞膜型Na⁺/H⁺アンチポーターの機能

• 担当機関: 農業生物資源研究所
• 研究期間: 1994～1995
• 研究担当者: 福田篤徳; 田中喜之
• 発行年度: 2000
• 要約: イネの液胞膜にはNa⁺/H⁺アンチポート活性が存在することを確認した。さらに、イネ液胞膜型Na^±/H^±アンチポーター遺伝子（OsNHX1）を単離した。OsNHX1遺伝子の発現は塩ストレスによって上昇することを確認した。
• キーワード: 液胞膜、Na^±/H^±、アンチポーター、塩ストレス
• 背景・ねらい: Na⁺/H⁺アンチポーターは、生体膜を介してNa⁺とH⁺の対向輸送を行う輸送体であり、細胞内のNa⁺レベル、pH、細胞容量などの調節に寄与していると考えられている。植物では、塩ストレス時に細胞内に流入したNa⁺の排出や液胞への隔離に関与すると考えられ、特に液胞膜型は、細胞容積の大部分を占める液胞内にNa⁺を能動的に輸送するため塩ストレスの回避に重要な働きをすると考えられているが、遺伝子の単離などが遅れていたため不明な点が多かった。そこで、主要作物であるイネについて、液胞膜型Na⁺/H⁺アンチポーターの生化学的解析や遺伝子単離などを行い、アンチポーターの機能解明を目指した。

成果の内容・特徴

1. イネの液胞膜にはアンチポート活性が存在することを確認した。また、この活性は、高い耐塩性を持つオオムギのものと生化学的性質が類似していた。塩ストレス時のイネのアンチポート活性はオオムギより低いが、これはオオムギとの量的違いであることが予想された。
2. イネから液胞膜型Na⁺/H⁺アンチポーター遺伝子（OsNHX1）を単離した（図1）。OsNHX1遺伝子は、出芽酵母や哺乳類のNa⁺/H⁺アンチポーター遺伝子において機能的に重要と思われる領域と相同性が高かった。
3. 出芽酵母の液胞膜型Na⁺/H⁺アンチポーター遺伝子NHX1変異株（Δnhx1, R100）を用いてOsNHX1遺伝子による機能相補実験を行ったところ、Δnhx1のNaCl、LiCl及びハイグロマイシン感受性がOsNHX1遺伝子を高発現させることによって回復した（図2）。このことから、OsNHX1遺伝子は液胞膜型Na⁺/H⁺アンチポーター機能を有したタンパク質をコードしていることを確認した。
4. イネにおけるOsNHX1遺伝子の発現に対するNaCl（イオンストレス）及びマンニトール（浸透圧ストレス）の効果を解析したところ、根及び茎葉においてイオンストレス特異的な発現上昇を確認した（図3）。

• 成果の活用面・留意点: 今回得られたNa⁺/H⁺アンチポーター遺伝子は、塩ストレス、特にイオンストレスに対する植物の環境応答のメカニズムを知る上でよい手がかりになると思われる。また、本遺伝子を高発現させることで植物の耐塩性を高められる可能性がある。
• カテゴリ: 大麦 輸送