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-植物鉄栄養研究会-


NPO法人
19生都営法特第463号
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POPEYEの細胞間局在は、鉄欠乏症の細胞特異的応答を媒介する

Date: 2022-09-17 (Sat)

POPEYEの細胞間局在は、鉄欠乏症の細胞特異的応答を媒介する

POPEYE intercellular localization mediates
cell-specific iron deficiency responses

Durre Shahwar Muhammad, Natalie M. Clark, Samiul Haque, Cranos M. Williams,
Rosangela Sozzani and Terri A. Lon

Plant Physiology 2022


(概要)

植物は、鉄(Fe)の感知、獲得、輸送、動員、貯蔵を厳密に制御し、この必須微量栄養素の十分なレベルを確保する必要がある。

POPEYE (PYE)は鉄応答性転写因子であり、鉄欠乏反応を正に制御する一方、鉄のホメオスタシス維持に必須な遺伝子を抑制する。POPEYE(PYE)は、鉄欠乏反応を正に制御する一方で、鉄のホメオスタシス維持に必須な遺伝子を抑制する鉄応答性転写因子である。

しかし、PYEがどのようにしてこのような相反する役割を担っているのかについては、ほとんど分かっていない。

鉄欠乏条件下では、pPYE:GFPは根の内鞘に蓄積し、pPYE:PYE-GFP はすべてのシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)の根の細胞で核に局在していることから、PYE は細胞特異的な動態と機能を有している可能性が示唆された。

走査型蛍光相関分光法と細胞特異的プロモーターを用いることで、PYE-GFPは異なる細胞間を移動し、その移動傾向は転写産物の量に対応することを見出した。

皮層、内皮、維管束鞘への局在は、鉄の利用可能性の変化に対応するために必要であるが、PYE-GFPタンパク質の維管束梢および内皮への局在は、pye-1の欠損を悪化させ、鉄の移動に有害な多くの転写変化を引き起こした。

本研究の結果は、 PYE は鉄の生物学的利用能を細胞間で制御することで、鉄欠乏反応の正のレギュレーターとして働き、それが周囲の根圏から鉄を取り込む引き金となり、根に影響を及ぼす可能性があることを明らかにしたものである。・

図6
鉄欠乏下でのPYEの維管束鞘への局在は鉄のホメオスタシスとジャスモン酸シグナルに関わる特定の遺伝子を変化させ、一方、皮層局在は光合成に関わる遺伝子を変化させた。
A, 既知の鉄制御遺伝子の階層的クラスター化ヒートマップ。
B, FITに依存しない遺伝子と依存する遺伝子。
C, ジャスモネート(JA)遺伝子。
D. 鉄欠乏条件下における野生型、pye-1、pSHR1、pPEP1根の光合成および炭素代謝遺伝子。
ヒートマップは列の発現量に対する相対的な発現量を示す。
E, PYE細胞型特異的局在の影響に関するモデル。
WT植物では、PYEは地上部の鉄枯渇のシグナルを感知した後、内鞘で転写誘導される。
PYEは、異なるIVc群結合パートナー(クエスチョンマーク付きの四角形)とヘテロダイマーを形成し、根圏からの取り込みを促進すると同時に、根の内部細胞における鉄の移動性を抑制していると考えられる。
その結果、皮層内に鉄が蓄積され、炭素代謝に利用され、 他のPYEヘテロダイマーを介して鉄欠乏に対する耐性が促進される可能性がある
Vas,維管鞘、Endo, 内皮。

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