NO(一酸化窒素)は鉄獲得と抗酸化の制御によってアルファルファの鉄欠乏誘導性光合成攪乱と酸化ストレスを防御する

NO(一酸化窒素)は鉄獲得と抗酸化の制御によってアルファルファの鉄欠乏誘導性光合成攪乱と酸化ストレスを防御する
　
Nitric Oxide Prevents Fe Deficiency-Induced Photosynthetic Disturbance, and Oxidative Stress in Alfalfa by Regulating Fe Acquisition and Antioxidant Defense
Md Atikur Rahman, Ahmad Humayan Kabir, Yowook Song, Sang-Hoon Lee, Mirza Hasanuzzaman and Ki-Won Lee,
　
Antioxidants 2021, 10, 1556. https://doi.org/10.3390/antiox10101556
　
（要旨）
鉄欠乏は光合成効率、植物の生長、物質生産量を低下させる。
　
本研究では鉄欠乏アルファルファにおいてNOが鉄ホメオスタシスと酸化ストレスを回復させる役割を明らかにすることを目指した。
　
アルファルファにおいて、鉄欠乏は根と地上部の長さ、葉の緑色度、最大量子収率PSII (Fv/Fm)、鉄、硫黄、亜鉛の集積、さらにはH2O2の集積量の増加などの効率に影響する。
　
これに対して、NOのドナーである　sodium nitroprusside (SNP)の存在下では、これらの鉄欠乏によるネガテイブ効果が大きく逆転させる。
　
SNPに応答して、鉄輸送体(IRT1, NRAMP1)や硫黄輸送体(SULTR1;2)遺伝子発現が増加する。
　
さらに蛍光顕微鏡によるNO発生の検知によってSNP処理によってNOシグナルのレベルが増加するので、NOを制御シグナルとして植物はSNPに応答していると考えられる。
　
興味深いことに、アルファルファにおいて、SNP処理によって抗酸化遺伝子群や、それに関連する酵素(Fe-SOD, APX)が増加することは、Fe-SOD や APXがROS (H2O2 )集積と酸化ストレスを軽減する主要な貢献者であることを示唆している。
　　
さらに、鉄欠乏下でSNP処理するとAscorbate-glutathione (AsA-GSH)経路関連遺伝子(GR and MDAR)が増加することは、鉄欠乏ストレスに対してNOが抗酸化力を向上させことを意味している。


以下は図の説明である。原著論文の図は全部で9枚あり、全部の図の説明を示すが、紙面の関係から図１，２，３，４，５，８，９のみを示す。細かいので拡大してみてください。
　　　
図1。異なる生育条件下でのアルファルファの形態変化：対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ.
　　
図2。根長(a), 根重(b),地上部長(c),地上部重(d): 対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ.各区３連平均。
　　
図3。各栽培条件下での葉の緑色度(a)とPSIIの最大量子収率(b): 対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ.各区３連平均。
　　
図4。異なる栽培条件下でのアルファルファの細胞死(a), 全可溶性タンパク(b), 過酸化水素(H2O2 )(c): 対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ. 各区３連平均。
　　
図5。各種栽培条件下、対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ、でのアルファルファ内での一酸化窒素(NO)の内在集積。根の染色写真は10倍率。スケールバーは100μm。
　　
図6．異なる栽培条件下のアルファルファでのFe (a), Zn (b) , S (c) 濃度と, IRT1 (d), NRAMP1 (e), SULT1;2 (f)候補遺伝子発現。：対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ、
　　
図7。異なる栽培条件下でのアルファルファのSOD (a), CAT (b), APX (c), GR (d), DHAR (e) ,MDAR (f) 酵素活性：対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ。
　　
図8。異なる栽培条件下でのアルファルファのFe-SOD (a), CAT (b), APX (c), GR (d), DHAR (e), MDAR (f) 候補遺伝子の発現。：対照区(25 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA); −Fe (0.1 µM FeNaEDTA) ＋ NOドナーとしてのsodium nitroprusside (SNP, 100 µM) ; SNP (100 µM)のみ。各区3連平均。
　　
図9。アルファルファにおける鉄欠乏誘導性クロロシス、光合成攪乱、酸化ストレスの一酸化窒素介在性防御の基本的メカニズム