栄養ストレス下の植物における膜脂質転換の制御メカニズムの解明
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21K05325
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
下嶋 美恵 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (90401562)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | リン酸欠乏 / 膜脂質転換 / リン脂質分解 / リン酸 / 窒素 / 炭素 / 脂質 / ストレス耐性 / 栄養欠乏 |
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| Outline of Research at the Start |
植物はリン欠乏時、生体膜中のリン脂質の大半を分解し、糖脂質で代替することで、膜中のリンをより重要な生体内の代謝系に利用する。これまでに申請者らは、このようなリン欠乏時の膜脂質転換に寄与するリン脂質分解酵素（PAH）は、リンだけでなく窒素欠乏時の植物生育にも重要な役割を担っていること、また最近、生育環境中のリンだけでなく、窒素、炭素との量比が膜脂質転換の駆動に深く関与している可能性を見出した。そこで本研究では、特にリン脂質分解に着目しながら、リン、窒素、炭素の3種類の栄養の量比が膜脂質転換を駆動・制御する分子メカニズムを明らかにし、膜脂質転換を活用した栄養ストレス耐性植物開発の基盤構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物はリン欠乏時に、生体膜を構成するリン脂質の大半を糖脂質に転換する。これは、リン欠乏ストレスに順応して生育するために植物が有する膜脂質転換機構であることが知られている。しかし、これまでの申請者らの研究により、このリン欠乏時の膜脂質転換に寄与するリン脂質分解経路は、実は窒素欠乏時の生育にも必須であること、すなわち、土壌中の栄養量が変動する生育環境に順応するための重要な機構であることが明らかになった。そこで本研究では、特にリン欠乏生育時のリン脂質分解に寄与するホスファチジン酸ホスホヒドロラーゼ（PAH）の活性発現制御、さらに、栄養欠乏生育条件下におけるこのリン脂質分解経路の重要性が、植物種を超えて広く保存されているのかどうかに着目して研究を行っている。これまでに、PAHと同様、リン欠乏時の膜脂質転換に寄与しているNPC5について、シロイヌナズナPAH1, PAH2, NPC5のトリプルノックアウト変異体をゲノム編集により作出した。しかし、リン酸欠乏時の生育において、PAH1, PAH2ダブルノックアウト変異体との差がみられなかったことから、シロイヌナズナにおけるNPC5のリン欠乏時の膜脂質転換への寄与は小さいことが明らかになった。また、陸上植物の初期に分岐したゼニゴケについてもPAHの解析を進めたところ、ゼニゴケにおいてPAHはリン欠乏時の膜脂質転換におけるリン脂質分解にあまり寄与していないことがわかった。このことは、ゼニゴケにおいては、シロイヌナズナでは寄与が小さいとされたNPC5がリン脂質分解を担っている可能性を示唆した。そこで、ゼニゴケのNPCホモログである３遺伝子について、ゲノム編集法により変異体を作出、表現型および膜脂質組成の解析を行ったところ、ゼニゴケの３つのNPCはPAHと同様、リン欠乏時のリン脂質分解には寄与していない可能性が示唆された。
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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
より遺伝子冗長性の低いゼニゴケの解析を同時に進めることで、新たな知見が得られることが期待できるから。
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| Strategy for Future Research Activity |
ゼニゴケのリン脂質分解酵素について、リン欠乏時に発現量が増大する酵素を選抜し、優先的に解析を進めることで、リン欠乏時の膜脂質転換におけるリン脂質分解酵素が明らかになると考えている。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
