アブラナ科植物の自家不和合反応におけるシグナル伝達経路の解明

• Project/Area Number: 17J06391
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 後藤 千恵子 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 自家不和合性 / アブラナ科 / カルシウムイオン / pH / 塩化物イオン / シグナル伝達 / Ca2+チャネル / GLR / 蛍光顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

アブラナ科植物の自家受粉では、花粉由来のペプチドSP11が柱頭の乳頭細胞膜上にある受容体SRKに結合し、その下流で細胞内へのカルシウムイオン（Ca2+）流入を含む不和合反応が起こる。結果として花粉の発芽・伸長が阻害されるが、Ca2+流入から花粉の発芽阻害に至る経路はほとんど不明である。本年度は、Ca2+流入における膜脱分極経路の検証を目指し、不和合反応時のCa2+とpHの変化について解析を行った。

SRKが発現している乳頭細胞プロトプラストの懸濁液にSP11を加えることで、不和合反応が誘起できる。昨年度までに、細胞内Ca2+濃度（[Ca2+]i）をYellow Cameleon 3.6、細胞内pH（pHi）をClopHensorで検出する[Ca2+]iとpHiの同時モニター系を確立した。本年度は、薬剤処理を通じて不和合反応における[Ca2+]i上昇とpHi低下のどちらが先に起こるかを調べた。非NMDA型グルタミン酸受容体のアンタゴニストであるDNQXを処理した結果、DNQXの濃度依存的に [Ca2+]iの上昇度合いが減少する傾向が見られたが、pHi低下はコントロール区の場合と同様に起こった。カルシウムチャネル阻害剤の塩化ランタン（LaCl3）やカルシウムキレート剤のBAPTAを処理した結果、[Ca2+]i上昇は完全に抑制されたが、pHi低下は通常通り引き起こされた。これらの結果から、自家不和合反応におけるpHi低下は[Ca2+]i上昇の上流で、あるいは独立経路で起こることが示唆された。自家不和合反応のpHi低下を抑制する薬剤は探索中である。

pHの検出に使用したClopHensorは、塩化物イオン（Cl-）も検出可能である。画像を再解析した結果、自家不和合反応において[Ca2+]i上昇および細胞内pH低下と同じタイミングで細胞内Cl- 濃度も低下していることが見いだされた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IBMP(フランス)
• [Int'l Joint Research] IBMP(フランス)
• [Int'l Joint Research] IBMP(フランス)
• [Journal Article] Comprehensive nuclear proteome of Arabidopsis obtained by sequential extraction (2019)
  • Author(s): Goto Chieko、Hashizume Shoko、Fukao Yoichiro、Hara-Nishimura Ikuko、Tamura Kentaro
  • Journal Title: Nucleus Volume: 10 Issue: 1 Pages: 81-92
  • DOI: 10.1080/19491034.2019.1603093
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] KAKU4-mediated deformation of the vegetative nucleus controls its precedent migration over sperm cells in pollen tubes (2019)
  • Author(s): Chieko Goto, Kentaro Tamura, Satsuki Nishimaki, Naoki Yanagisawa, Kumi Matsuura-Tokita, Tetsuya Higashiyama, Daisuke Maruyama, and Ikuko Hara-Nishimura
  • Journal Title: bioRxiv Volume: なし（プレプリントのため） Pages: 0-0
  • DOI: 10.1101/774489
  • Open Access
• [Presentation] 新規核タンパク質SANP1は根の寒天培地への貫入に関与する (2019)
  • Author(s): 後藤千恵子，田村謙太郎，西村いくこ，シャブテマリーエディット
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] KAKU4 Is Involved in Controlling Migration Order of the Vegetative Nucleus and Two Sperm Cells in Pollen Tubes (2017)
  • Author(s): Chieko Goto, Kentaro Tamura, and Ikuko Hara-Nishimura
  • Organizer: Bilateral Closure Symposium of GDRI Integrative Plant Biology Network Program
  • Int'l Joint Research