生物学者と化学エンジニアが共同でペチュニア内部の複雑な細胞プロセスを明らかにする(Biologists, chemical engineers collaborate to reveal complex cellular process inside petunias)

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2023-03-02 パデュー大学

プラントバイオロジーの研究者たちは、花から放出される揮発性有機化合物(VOC)に関する研究を発表し、その成果が科学者の間で注目を浴びた。化学工学者のジョン・モーガンと植物バイオケミストのナタリア・ドゥダレワが率いるパデュー大学の研究チームは、VOCが細胞壁を通過する過程でキープレイヤーとなるタンパク質を発見し、この発見は、環境問題が重要視される現代において、特に気候変動がもたらす影響が注目される。この研究は、芳香剤、アロマテラピー、そして農業に至るまで、様々な分野において実用的な意義を持つ。

<関連情報>

花の揮発性物質の放出は、細胞壁の非特異的脂質転移タンパク質によって促進される Emission of floral volatiles is facilitated by cell-wall non-specific lipid transfer proteins

Pan Liao,Itay Maoz,Meng-Ling Shih,Ji Hee Lee,Xing-Qi Huang,John A. Morgan & Natalia Dudareva
Nature Communications  Published:19 January 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-36027-9

Fig. 1

Abstract

For volatile organic compounds (VOCs) to be released from the plant cell into the atmosphere, they have to cross the plasma membrane, the cell wall, and the cuticle. However, how these hydrophobic compounds cross the hydrophilic cell wall is largely unknown. Using biochemical and reverse-genetic approaches combined with mathematical simulation, we show that cell-wall localized non-specific lipid transfer proteins (nsLTPs) facilitate VOC emission. Out of three highly expressed nsLTPs in petunia petals, which emit high levels of phenylpropanoid/benzenoid compounds, only PhnsLTP3 contributes to the VOC export across the cell wall to the cuticle. A decrease in PhnsLTP3 expression reduces volatile emission and leads to VOC redistribution with less VOCs reaching the cuticle without affecting their total pools. This intracellular build-up of VOCs lowers their biosynthesis by feedback downregulation of phenylalanine precursor supply to prevent self-intoxication. Overall, these results demonstrate that nsLTPs are intrinsic members of the VOC emission network, which facilitate VOC diffusion across the cell wall.

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生物化学工学
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