細菌による花形態遠隔操作メカニズムの解明と汎用的な花形態制御技術開発への応用
| Project/Area Number |
21K14847
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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 39030:Horticultural science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北沢 優悟 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任助教 (50803160)
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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 |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ファイロジェン / ファイトプラズマ / 花器官形態制御 |
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| Outline of Research at the Start |
花形態は花卉植物の価値を決定する最重要形質であり、より美しく珍奇な外観を作出することが常に求められる。本研究では植物の篩部に感染する植物病原細菌ファイトプラズマが分泌するタンパク質ファイロジェンが、篩部から花の形態を「遠隔制御」して葉化させることに着目し、この遠隔制御機構の全貌を解明するとともに、進化分子工学的な手法によりファイロジェンの標的認識部位を解析・改変し、ファイロジェンによる遠隔的花形態制御システムの構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、植物病原細菌ファイトプラズマが篩部に分泌するタンパク質ファイロジェンが、花の形態を「遠隔制御」する機構を解析するとともに、ファイロジェンの標的認識部位を解明・改変し、花形態の自在な制御を可能とすることを目指す。
本年度は主に、ファイロジェンの標的認識部位の解明とその改変に取り組んだ。ファイロジェンにランダムにアミノ酸変異を導入し、標的であるMADS転写因子との結合が強まる変異を選抜し、目的のアミノ酸変異を複数得ることに成功した。これらのアミノ酸はファイロジェンの立体構造上の特定の領域に集中して存在しており、当該領域がMADS転写因子との結合に働く標的認識領域であると考えられた。また、同様の手法を用いて、本来標的ではないMADS転写因子に対しての結合を強めるアミノ酸変異も選抜することができた。さらに、AIによる高精度なタンパク質構造および複合体予測プログラムであるColabFoldを用いて、ファイロジェンとMADS転写因子からなる複合体の構造予測を実施した。その結果、実験で絞り込まれた領域が、MADS転写因子側で既に明らかとなっているファイロジェンとの結合に重要な領域と、相互作用面を形成することが予測された。以上より、ファイロジェンにおけるMADS転写因子との結合に働く領域が特定され、ファイロジェンとMADS転写因子の結合モデルを構築できた。これはファイロジェンの標的認識部位の改変に向けた基盤的知見と考えられる。
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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
本研究が掲げる主要な目標の一つがファイロジェンの標的認識部位を解明し、標的を改変する技術を確立することである。本年度はランダム変異導入と変異体選抜を複数実施し、タンパク質複合体予測プログラムと組み合わせることで、ファイロジェンの標的認識部位を解明できた。加えて、ファイロジェンが本来標的としていないタンパク質に対しても、結合を増強させうる変異の選抜も実施できた。当該変異を導入したファイロジェンが、非標的に対して植物細胞内でも結合することは確認できなかったが、本年度の進捗は当初の目的を完全に達成する上で極めて重要な成果であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度同定した標的認識部位を中心としてファイロジェンに更に変異を導入することで、さまざまな非標的タンパク質への結合が増強された変異体の作出を試みる。また、花芽の遠隔制御機構の全貌解明に向けて、ファイロジェンを篩部特異的に発現するシロイヌナズナの変異体を作出中であり、現在複数の変異体種子を確保している。これを用いて表現系の観察とファイロジェンの局在観察を行う予定である。また、ファイロジェン形質転換タバコ属植物に野生型植物を接いで、葉化が生じることを確認する予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
