Siliplant1（Slp1）タンパク質はソルガムのシリカ細胞にシリカを沈殿させる

Siliplant1 (Slp1) protein precipitates silica in sorghum silica cells.

• Santosh Kumar
• Nurit Adiram-Filiba
• Shula Blum
• Javier Arturo Sanchez-Lopez
• Oren Tzfadia
• Ayelet Omid
• Hanne Volpin
• Yael Heifetz
• Gil Goobes
• Rivka Elbaum

抄録

ケイ素はケイ酸として植物の根に吸収される。この酸は蒸散の流れとともにシュートに移動し、シリカとして鉱物化する。イネ科植物では、シリカ細胞と呼ばれる葉の表皮細胞が未知のメカニズムでシリカを体積の大部分に沈着させている。私たちは、バイオインフォマティクスツールを用いて、ソルガムきび（Sorghum bicolor）に含まれるこれまでに明らかにされていなかったタンパク質を同定しました。Slp1は、プロリン、リジン、グルタミン酸を豊富に含む7つの繰り返し単位を持つ塩基性タンパク質である。我々は、ソルガムきびの未熟葉と未熟花序でSlp1 RNAを発見した。葉では、活性ケイ化帯（ASZ）の直前で転写が最も高くなっていた。そこでは、Slp1は発育中のシリカ細胞に特異的に局在し、小胞の中に詰め込まれ、細胞質全体または細胞境界付近に散在していた。これらの小胞は膜と融合し、その内容物をアポプラスティック空間に放出した。Slp1で5回繰り返される短いペプチドは、生物学的に関連するケイ酸濃度でインビトロでシリカを沈殿させた。ソルガムきびのSlp1を一過性に過剰発現させると、すべての葉の表皮細胞型において異所性のシリカ沈着が生じた。我々の結果は、ソルガムきびのケイ酸細胞においてSlp1がシリカを沈殿させることを示している。

Silicon is absorbed by plant roots as silicic acid. The acid moves with the transpiration stream to the shoot, and mineralizes as silica. In grasses, leaf epidermal cells called silica cells deposit silica in most of their volume by unknown mechanism. Using bioinformatics tools, we identified a previously uncharacterized protein in sorghum (Sorghum bicolor), which we named Siliplant1 (Slp1). Slp1 is a basic protein with seven repeat units rich in proline, lysine, and glutamic acid. We found Slp1 RNA in sorghum immature leaf and immature inflorescence. In leaves, transcription was highest just before the active silicification zone (ASZ). There, Slp1 was localized specifically to developing silica cells, packed inside vesicles and scattered throughout the cytoplasm or near the cell boundary. These vesicles fused with the membrane, releasing their content in the apoplastic space. A short peptide that is repeated five times in Slp1 precipitated silica in vitro at a biologically relevant silicic acid concentration. Transient overexpression of Slp1 in sorghum resulted in ectopic silica deposition in all leaf epidermal cell-types. Our results show that Slp1 precipitates silica in sorghum silica cells.

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