植物成長のON・OFFを決定する新規植物調整剤の開発
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21K06227
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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 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
竹原 清日 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 研究員 (70614139)
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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: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | ジベレリン / 植物調整剤 / X線結晶構造解析 / 植物ホルモン / 植物成長調整剤 |
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| Outline of Research at the Start |
植物成長調整剤（植調剤）は、伸長や開花などの生理機能を促進・抑制することによって生産性や品質の向上をねらうことなどを目的に、広く利用されている。しかしながら、植調剤及びターゲットとなるタンパク質の構造解析に基づいた新規植調剤の開発や新たな分子育種の方法を探索しているものはほとんどない。そこで本課題では、植物ホルモンの一つであるジベレリンの生合成及び不活化酵素をターゲットとして、植物におけるタンパク質－化合物間の構造活性相関ならびに活性制御機構を明らかにすることを目的とする。さらに、植調剤との共結晶構造を解明することにより、酵素の改変や新規植調剤の開発に有用なデータを提供する事が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジベレリン(GA)は、草丈の伸長促進や発芽促進、花芽形成促進などさまざまな生理作用をもつ植物ホルモンのひとつである。これまでに当研究室では、GAの受容体であるGID1のX線結晶構造を明らかにし、数多くの水素結合や疎水結合を介して厳密にGAを認識していることを示した。しかしながら、その厳密さゆえに、いまだGAのアゴニストやアンタゴニストは見出されておらず、GID1受容体に対する新規の植物成長調整剤（植調剤）の創生は困難であると考えられてきた。そこで、GAの不活化酵素GA2ox3及び生合成酵素GA3ox2を新たなターゲットとし、植調剤であるプロヘキサジオン(PHX)との共結晶化を進めることで、阻害の作用機作および構造と活性相関関係の解明及び、酵素の改変や新規の植調剤開発に有用なデータを提供し、植物におけるタンパク質の構造活性相関に基づいた新たな分子育種の可能性を探ることとした。
イネにおいてはPHX処理によりGA2oxよりもGA3oxがより強い阻害作用を受け、節間伸長の抑制が起こる。両酵素とPHXとの共結晶構造解析を行い、重要なアミノ酸を見出すとともに、阻害活性測定や形質転換体イネによる調査も行なった。阻害剤との反応の違いを生み出す重要なアミノ酸を変化させた形質転換体イネにおける結果から、in vivoにおいてもPHXとの親和性を制御することで植物の形質をも制御することができる可能性が示唆された。さらに、イネとは逆の反応を示すストック植物の各酵素についても酵素活性や発現解析を進め、植物種による反応性の違いを見出すとともに更なる植調剤の応用を探った。
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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
代謝酵素OsGA2ox3についてPHXとの共結晶構造解析を行ない、2.2 Åの反射を得て精密化を行った。その結果、活性ポケットにおいて基質であるGA4は結合していたがPHXの結合は見られず、凍結の際に結合が弱いため外れてしまった可能性が考えられた。全体構造は以前解析した2-オキソグルタル酸(2OG)との共結晶構造と変わらなかったことから、OsGA3ox2と同様にPHXは2OGとの結合サイトに結合し、2OGと競合的に働いている事が示唆された。また、OsGA2ox3ノックアウト変異体の種子を用いて阻害剤との反応に重要なアミノ酸置換を導入した形質転換体を作製し、PHXに対する反応性を調べた。GA2oxをGA3ox型に、つまり阻害されやすく改変した形質転換イネでは、野生型よりもPHXによるシュート伸長阻害が軽減された。これはPHXが改変型GA2oxも阻害するために、野生型ほど活性型GAの減少が起こらなかったためであると考えられる。つまり、in vivoにおいても、阻害剤との反応に寄与するアミノ酸の重要性が示されたことから、PHXとの親和性を制御することで植物の形質をも制御することができる可能性が示唆された。さらに、PHXに対してイネとは逆の反応を示すストック植物の各酵素について、発現解析及び酵素活性を行い、反応性の違いを生み出すアミノ酸を推定することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はGA2ox3とPHXとの高分解能の共結晶構造解析を進め、PHXとの結合様式を明らかにする。また、得られた構造とGA3oxとの構造比較からどのような官能基あるいは構造が各々の酵素を阻害するのかをより明確に解析し、GA3oxのみに選択性を高める、またはその逆の作用をする植調剤の構造を予想し、植調剤創成の基盤情報とする。現在、両酵素との反応性がPHXとは異なる可能性がある阻害剤を見出しており、それとの共結晶構造解析及び阻害活性測定を進め、新規阻害剤の検討を行う。また、これらをまとめた論文の作製も併せて行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
