| Project/Area Number |
18J12667
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Plant molecular biology/Plant physiology
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| Research Institution | National Institute of Genetics (2019)
The University of Tokyo (2018) |
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Principal Investigator |
杉山 友希 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2020-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 道管 / 二次細胞壁 / 細胞膜ドメイン / ROP / アクチン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
道管では二次細胞壁が穴を作るように沈着する。この穴は壁孔と呼ばれ、二次細胞壁が著しく沈着してできたアーチ型の縁構造を持つ。壁孔の形成には、ROPタンパク質が集合してできた細胞膜ドメイン（ROPドメイン）が鍵として働くことが知られる。しかし、壁孔の縁構造を形成する分子機構はこれまで明らかとされていなかった。
本研究ではまず、道管で働く新規の細胞骨格付随タンパク質の同定に取り組んだ。道管で特異的に発現する遺伝子群をマイクロアレイデータに基づき選抜し、さらに道管培養細胞を用いた可視化スクリーニングによって細胞骨格様の局在を示す候補を選抜した。この結果、壁孔の縁に特異的に局在する機能未知のタンパク質を見出し、WALLIN（WAL）と名付けた。シロイヌナズナ植物体における遺伝学的な解析の結果、WALは壁孔の縁構造の形成に必要なことが明らかとなった。生化学的な解析により、WALはアクチン繊維に直接結合することが明らかとなった。そこで、WAL機能欠損体におけるアクチン繊維の局在を解析した結果、WALはアクチン繊維を壁孔に局在させるために必要であることが明らかとなった。続いて、WALが壁孔に局在する仕組みを調べるために、新規ROPエフェクターとして同定されたBDR1に着目した。WALとBDR1の局在解析、遺伝学的な解析、および生化学による相互作用の検討を行った結果、WALはBDR1を介してROPに相互作用し、壁孔に局在することが明らかとなった。以上の結果から、ROPドメインがBDR1-WAL-アクチン繊維経路を誘導し、壁孔の縁構造の形成を制御することが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、植物細胞の形態形成における細胞膜ドメインの機能や制御機構の解明を目的としている。今年度は、道管のROPドメインの下流で働く新規のアクチン繊維タンパク質WALの機能解析を行った。その結果、新規のROP-アクチン経路が壁孔の縁構造の形成を制御することが明らかとなり、この成果をNature Communications誌に発表した。これらの成果は当初の計画を超えて、細胞膜ドメイン形成とアクチン繊維の相互作用に関する新しいコンセプトを提案するものであり、期待以上の進展があったと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
道管のROPドメインは本研究で同定された経路の他にも、MIDD1-KIN13A-微小管経路により壁孔の形成を制御している。道管はこれらの経路を巧みに使い分けることで複雑な二次細胞壁パターンの形成を実現していると考えられるが、BDR1経路とMIDD1経路の混線を回避する仕組みは明らかとなっていない。今後は、BDR1が壁孔の縁に特異的に局在する仕組みに着目することにより、その制御機構を明らかにしたいと考えている。
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