色素体核様体の膜アンカーポイントが司る核様体構造と色素体分化の制御
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20K15819
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Hirosaki University (2021-2022)
Kyoto University (2020) |
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Principal Investigator |
藤井 祥 弘前大学, 農学生命科学部, 助教 (20867717)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
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| Keywords | 色素体分化 / 核様体 / 膜アンカータンパク質 / 葉緑体 / クロマチン免疫沈降シーケンス / 次世代シーケンシング / 超高解像顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
植物の色素体は器官や環境に応じてダイナミックに分化する。特に色素体が葉緑体へと分化する過程では，内膜構造の発達とともに，色素体DNA－タンパク質複合体「核様体」の構造が大きく変動し，色素体遺伝子の発現変動を引き起こすと提唱されてきた。しかし，色素体分化に伴う核様体の構造変化の分子機構や遺伝子発現との関係性の実態は謎に包まれたままである。本研究では，色素体核様体の膜アンカーポイントが色素体分化において果たす役割の解明を目指し，超高解像顕微鏡や次世代シーケンシング技術を駆使した解析を行う。本研究の成果は，植物の効率的な成長や環境適応に必要な色素体分化のしくみを解き明かすうえで重要な手がかりとなる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の色素体は，器官の発達や環境変化に応じて柔軟に分化する。緑化時にみられる未分化な色素体から葉緑体への分化は，チラコイド膜の形成や大規模な遺伝子発現変動を含むダイナミックな過程である。色素体のゲノムDNAは，多数のタンパク質とともに「核様体」という複合体を形成し，膜にアンカーされる。葉緑体分化時には核様体がチラコイド膜上に分散するが，その分子機構と生理学的機能には未解明の部分が多く残されている。本研究では，色素体核様体の膜アンカーポイントのダイナミクスとその生理学的意義の解明を目指している。
2021年度までに，色素体核様体の代表的な膜アンカー因子であるMFP1が，葉緑体分化時の核様体の分散・表面積にの拡大に必須であり，ストレス条件下での色素体ゲノムにおける転写活性化にも必要であることを見出した。2022年度は，MFP1が膜上でどのような分子と相互作用するかを明らかにすることを目標とした。構造予測の結果からは，MFP1は可溶性タンパク質である可能性が高いとされた。しかしながら，細胞分画法を用いた実験から，MFP1自身が葉緑体の脂質二重膜と直接的に相互作用することを示唆するデータが得られた。さらに，膜アンカーポイントにおいてMFP1と協調的に機能する因子を突き止めるため，共免疫沈降－質量分析（CoIP-MS）法によるMFP1の相互作用因子の探索を行った。その結果，葉緑体においてDNAやRNAと結合することが知られている複数の因子が，MFP1と特異的に相互作用することが示唆された。これらの因子は，膜アンカーポイント近傍において，転写活性化や転写産物の安定化を担っている可能性が考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度までに，葉緑体膜アンカー因子であるMFP1が核様体の分散と，ストレス環境下における葉緑体遺伝子の転写活性化に重要であることを見出した。この内容は，2022年論文としてまとめられ，現在共著者とともに最終調整を行っていることから，近日中に投稿が可能となる見通しである。
また，2021年度のうちにMFP1にエピトープタグを付加したタンパク質を発現するような植物の形質転換ラインを構築していた。2022年度は，これを用いてMFP1の相互作用因子の同定を目指した解析を行った。共同研究者による質量分析の結果，複数の相互作用因子候補を見出すことができたため，今後これらの候補因子に対して詳細な解析を行うことができる。このような解析により，葉緑体内において，MFP1を中心とする膜アンカーポイントが果たす機能を詳細に解析することが可能となると考えられる。
以上のことから，研究はおおむね順調に進展していると考えらている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の解析で得られたMFP1の相互作用候補因子のうち，機能的に重要と考えられるものを選抜し，プルダウン法やベンサミアナタバコにおける共免疫沈降解析によって，相互作用の有無を検証する。相互作用が確認された因子は，葉緑体核様体の膜アンカーポイントにおいて重要な機能を有することが想定される。また，同定された因子とMFP1との相互作用が，葉緑体が分化し，核様体の分散が進む過程においてどのように変化するか，詳細に解析する。この結果をもとに，核様体膜アンカーポイントが葉緑体分化時に形成され，機能する分子機構を追究する。
また，MFP1が機能する基盤となる脂質二重膜の形成が，MFP1の機能や，葉緑体ゲノム上での転写活性化に及ぼす影響についても解析を進める。
得られた成果は，国内外の学会で発表するとともに国際誌への投稿を進める。
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Report
(3 results)
Research Products
(18 results)
