アンモニウム窒素によるトマトの生育阻害の定量的プロテオミクス解析

Quantitative proteomics analysis of tomato growth inhibition by ammonium nitrogen.

• Zhili Xun
• Xiaofei Guo
• Yaling Li
• Xiangzhen Wen
• Chuanqi Wang
• Yue Wang

抄録

単一の窒素源としてのアンモニウム（NH）は、特に過剰に適用された場合、植物の成長を阻害する可能性があります。本研究では、タンデムマスタグ（TMT）定量的プロテオミクス技術を用いて、アンモニウム誘発阻害のメカニズムを探り、解析した。本研究では、Fトマト（Lycopersicon esculentum Mill）を用いた。温室で栽培した４葉期の苗を、ＮＨ-Ｎを単一窒素源とする栄養溶液（１５ｍｍｏｌＬ、対照として単一ＮＯ-Ｎ）を用いて５週間灌水した。その結果、NH-N処理した苗の根のバイオマスは対照と比較して50％減少した。また、根のNH含量は2.83倍に増加し、可溶性糖およびタンパク質含量が増加した。しかし、デンプン含量には大きな変化は見られなかった。また、アンモニウム同化に関与するグルタミン合成酵素（ＧＳ）、グルタミン酸合成酵素（ＧＯＧＡＴ）、グルタミン酸脱水素酵素（ＧＤＨ）の活性が上昇し、グルタミン（Ｇｌｎ）含量も上昇した。しかし、アミノ移動に重要なグルタミン酸（Glu）含量は有意に増加しなかった。アンモニウム同化は抑制されていた。根の定量プロテオミクスでは、炭酸脱水酵素Q5NE21が有意にダウンレギュレーションされていた。アンモニウム同化を改善するK4BPV5とK4D9J3タンパク質はアップレギュレーションされていたが、アンモニウム同化は制限されていた。また、NHが蓄積しており、これはQ5NE21のダウンレギュレーションによるものと考えられる。一方、NH の蓄積により、フェニルプロパノイド生合成に関連する細胞壁代謝が変化した。その結果、トマトの根の生育が阻害された。

As a single nitrogen source, ammonium (NH) can inhibit the growth of plants, especially when applied in excess. Tandem mass tag (TMT) quantitative proteomics technology was employed in the current study to explore and analyze the mechanisms of ammonium-induced inhibition. F tomato (Lycopersicon esculentum Mill) was used in this study. Seedlings at the four leaf-stages grown in a greenhouse were irrigated using nutrient solution with NH-N as single nitrogen source (15 mmol L, single NO-N as control) for 5 weeks. Compared to the control, the root biomass of NH-N-treated seedlings decreased by 50%. In addition, NH content in roots was 2.83-fold increased and soluble sugar and protein contents were increased. However, the starch content did not change significantly. The activities of glutamine synthetase (GS), glutamate synthetase (GOGAT) and glutamate dehydrogenase (GDH), which are involved in ammonium assimilation, were increased, and glutamine (Gln) content was also increased. However, glutamate (Glu) content, which is important for amino transfer, did not significantly increase. Ammonium assimilation was inhibited. Root quantitative proteomics showed that carbonic anhydrase Q5NE21 was significantly downregulated. Although K4BPV5 and K4D9J3 proteins, which improve ammonium assimilation, were upregulated, ammonium assimilation was limited. In addition, NH accumulated, which is likely due to Q5NE21 downregulation. Meanwhile, cell wall metabolism related to phenylpropanoid biosynthesis was altered due to the accumulation of NH levels. Subsequently, tomato root growth was inhibited.

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