樹木のフロームにおける(+)カテキンの局在化。創傷と真菌接種への応答

Localization of (+)-Catechin in Phloem: Responses to Wounding and Fungal Inoculation.

• Tuula Jyske
• Katsushi Kuroda
• Susanna Keriö
• Andrey Pranovich
• Riikka Linnakoski
• Noriko Hayashi
• Dan Aoki
• Kazuhiko Fukushima

抄録

針葉樹樹皮の組織・細胞レベルでの位置的・時間的な防御機構を理解するために，人為的に樹皮防御反応を誘導した後の葉身組織のトポケミストリーと構造特性を調べた。スプルース樹皮に傷をつけたり、真菌を接種したりして、樹皮組織を頻繁に採取し、化学的・構造的反応の時間的・空間的な進行を追跡した。その結果，(+)-カテキン，(-)-エピカテキン，スチルベングルコシド，樹脂酸の分布と樹液中の蓄積パターンの変化を，飛行時間型二次イオン質量分析法(cryo-ToF-SIMS)を用いて，組織の詳細な構造解析(LM, TEM, SEM)と定量的な化学的マイクロアナリシスと併せて行った。その結果、ノルウェー産トウヒの軸状葉肉細胞には(+)-カテキンが含まれており、その量は真菌の接種に応答して局所的に増加することがわかった。(+)-カテキン類の予め形成された構成的な分布と蓄積パターンは、スチルベン・グルコシド類のそれと密接に一致していた。フェノリンはトランスロケーションされず，病原体の攻撃に応答してオレオレジン化合物と層状の防御壁を形成していた。我々の結果は、軸方向のフロム柔細胞がノルウェー産トウヒのフロムにおける(+)-カテキンの貯蔵と合成の主要な場所であることを示唆している。防衛反応の構造・化学的マイクロアナリシスに加えて、クライオ-ToF-SIMSによる樹皮防衛代謝物の化学的マッピングを行うことで、樹木の化学的・構造的な防衛メカニズムや病原体-宿主相互作用の局所的な振幅や局在化に関する新たな情報を提供することができる。

To understand the positional and temporal defense mechanisms of coniferous tree bark at the tissue and cellular levels, the phloem topochemistry and structural properties were examined after artificially induced bark defense reactions. Wounding and fungal inoculation with of spruce bark were carried out, and phloem tissues were frequently collected to follow the temporal and spatial progress of chemical and structural responses. The changes in (+)-catechin, (-)-epicatechin, stilbene glucoside, and resin acid distribution, and accumulation patterns within the phloem, were mapped using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (cryo-ToF-SIMS), alongside detailed structural (LM, TEM, SEM) and quantitative chemical microanalyses of the tissues. Our results show that axial phloem parenchyma cells of Norway spruce contain (+)-catechins, the amount of which locally increases in response to fungal inoculation. The preformed, constitutive distribution and accumulation patterns of (+)-catechins closely follow those of stilbene glucosides. Phloem phenolics are not translocated but form a layered defense barrier with oleoresin compounds in response to pathogen attack. Our results suggest that axial phloem parenchyma cells are the primary location for (+)-catechin storage and synthesis in Norway spruce phloem. Chemical mapping of bark defensive metabolites by cryo-ToF-SIMS, in addition to structural and chemical microanalyses of the defense reactions, can provide novel information on the local amplitudes and localizations of chemical and structural defense mechanisms and pathogen-host interactions of trees.