ウルソール酸がイネの一酸化窒素産生と酸化防御機構を阻害して塩害を抑制することを明らかにした

Ursolic Acid Limits Salt-Induced Oxidative Damage by Interfering With Nitric Oxide Production and Oxidative Defense Machinery in Rice.

• Meijuan Long
• Jianyao Shou
• Jian Wang
• Weizhen Hu
• Fakhir Hannan
• Theodore M Mwamba
• Muhammad A Farooq
• Weijun Zhou
• Faisal Islam

抄録

作物は生物学的ストレスに頻繁に遭遇し、塩分は世界的に植物の成長と作物の生産性を抑制する主要な要因である。ウルソール酸（UA）は、多くの動物モデルにおいて生理・生化学的プロセスを変化させ、防御機構を活性化する潜在的なシグナル伝達分子であるが、ストレス条件下での植物におけるUAの効果やストレス緩和の基礎的なメカニズムについては、これまで明らかにされていなかった。本研究では，イネ 3 品種（HZ，712，HAY）を対象に，UA（100 μM）の葉面散布による塩ストレス緩和効果を検討した。塩ストレスを軽減するために、塩ストレスを軽減するためのUAの葉面散布効果を検討した。その結果、NaClによる塩ストレスへの曝露は、特に高ストレス下で葉緑素色素や葉緑体を損傷し、イネの生育を低下させることが明らかになった。また、UA の適用は、酸化ストレス（HO, O）を抑制し、酵素的・非酵素的抗酸化物質（APX, CAT, POD, GR, GSH, AsA, プロリン, グリシネブタン）の活性を刺激し、細胞膜の完全性（MDA, LOX, EL）を保護することで、塩ストレスの悪影響を緩和した。さらに、UA 添加は、NR および NOS 酵素の発現を調節することで、葉の一酸化窒素（NO）濃度を有意に増加させた。また、UA 散布はイネのNa流出にも影響を与え、細胞質Na/K比を低下させたと考えられる。薬理試験の結果、NOスカベンジャー(PTI)の供給は、内因性NOを失活させ、酸化ストレス、Na取り込み、脂質過酸化を誘発することで、イネ品種におけるUA誘発塩耐性を完全に逆転させることが示された。また、UA とニトロプルシドナトリウム(SNP)を併用したPTI施用では、イネの生育遅延とNa取り込みと酸化ストレスの有意な増加が認められた。このことは、UAがNO産生を誘発し、有害イオンや活性酸素種の蓄積を制限することで、イネの耐塩性を促進していることを示唆している。これらの結果から、イネの耐塩性を発現させるためには、UAとNOの両方が必要であることが明らかになった。

Crops frequently encounter abiotic stresses, and salinity is a prime factor that suppresses plant growth and crop productivity, globally. Ursolic acid (UA) is a potential signaling molecule that alters physiology and biochemical processes and activates the defense mechanism in numerous animal models; however, effects of UA in plants under stress conditions and the underlying mechanism of stress alleviation have not been explored yet. This study examined the effects of foliar application of UA (100 μM) to mitigate salt stress in three rice cultivars (HZ, 712, and HAY). A pot experiment was conducted in a climate-controlled greenhouse with different salt stress treatments. The results indicated that exposure to NaCl-induced salinity reduces growth of rice cultivars by damaging chlorophyll pigment and chloroplast, particularly at a higher stress level. Application of UA alleviated adverse effects of salinity by suppressing oxidative stress (HO, O) and stimulating activities of enzymatic and non-enzymatic antioxidants (APX, CAT, POD, GR, GSH, AsA, proline, glycinebutane), as well as protecting cell membrane integrity (MDA, LOX, EL). Furthermore, UA application brought about a significant increase in the concentration of leaf nitric oxide (NO) by modulating the expression of NR and NOS enzymes. It seems that UA application also influenced Na efflux and maintained a lower cytosolic Na/K ratio via concomitant upregulation of and in rice cultivars. The results of pharmacological tests have shown that supply of the NO scavenger (PTI) completely reversed the UA-induced salt tolerance in rice cultivars by quenching endogenous NO and triggering oxidative stress, Na uptake, and lipid peroxidation. The PTI application with UA and sodium nitroprusside (SNP) also caused growth retardation and a significant increase in Na uptake and oxidative stress in rice cultivars. This suggests that UA promoted salt tolerance of rice cultivars by triggering NO production and limiting toxic ion and reactive oxygen species (ROS) accumulation. These results revealed that both UA and NO are together required to develop a salt tolerance response in rice.

Copyright © 2020 Long, Shou, Wang, Hu, Hannan, Mwamba, Farooq, Zhou and Islam.