| Project/Area Number |
22K06284
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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 | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
高野 博嘉 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (70242104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武智 克彰 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (70515501)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 葉緑体 / ペプチドグリカン / D-アミノ酸 |
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| Outline of Research at the Start |
我々は細菌細胞壁に由来するペプチドグリカン（ＰＧ）がコケ植物の葉緑体を覆っており、葉緑体分裂に関わることを示してきた。ＰＧはD-アミノ酸(D-AA)を用いており、コケでもD-アラニル-D-アラニンを用いた代謝標識法によるＰＧ可視化に成功している。D-AAは、植物にとって役に立たない、あるいは有害な物質であると考えられてきたが、近年D-AAの生理機能が報告されてきている。本研究では、コケ植物の葉緑体分裂機構に関わる葉緑体型ＰＧを用い、(1) D-AAを含むＰＧの化学構造の決定と、(2)植物全般において不明なままである D-AA合成経路の解明とその生理機能を明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は細菌細胞壁に由来するペプチドグリカンがコケ植物の葉緑体を覆っており、葉緑体分裂に関わることを示してきた。ペプチドグリカンはD-アミノ酸を用いており、コケでもD-アラニル-D-アラニンを用いた代謝標識法によるペプチドグリカン可視化に成功している。本研究では、コケ植物の葉緑体分裂機構に関わる葉緑体型ペプチドグリカンに関し、以下の研究を進めた。
(1) D-アミノ酸を含むペプチドグリカンの化学構造の決定。コケMurDタンパク質の活性測定を進め、これがペプチドグリカン合成経路において、L-Glu ではなく、D-Gluを付加する酵素であることを明らかにした。また、本年度は、ヒメツリガネゴケの単離葉緑体からのペプチドグリカン精製方法を改良し、不純物の混入が今までよりも少ないと考えられる試料を入手できた。現在、質量分析法を用いた構造解析を進めている。
(2) 植物におけるD-アミノ酸合成経路の解明とその生理機能。ペプチドグリカンのペプチド鎖の4、5番目に位置するD-アラニンの合成を行うと考えられるアラニンラセマーゼの探索を進めた。細菌において、セリンとグリシンの相互変換に関わるglycine hydroxymethyltransferase (GlyA/SHMT)およびメチオニン合成に関わるcystathionine β-lyase(MetC)が副反応としてアラニンラセマーゼ活性を持つことが知られている。ヒメツリガネゴケゲノムで探索を行い、遺伝子産物の葉緑体局在が予測された、機能未知の相同遺伝子を見出した。これらをクローニングし、酵素活性を測定したところ、弱いながらもアラニンラセマーゼ活性が認められた。現在、これらのコケ遺伝子の破壊実験を進めている。
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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
九州沖縄植物学会・植物生理学会等の国内学会での研究発表を進めており、研究は順調に進展していると考えている。論文発表も進めていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
葉緑体型ペプチドグリカンとD-アミノ酸合成に関する以下の2つの研究を推進する。
(1) D-アミノ酸を含むペプチドグリカンの化学構造の決定。精製したペプチドグリカンを用い、LC-MS/MSで葉緑体型ペプチドグリカンの化学構造を決定する。
(2) 植物におけるD-アミノ酸合成経路の解明とその生理機能。コケ植物におけるアラニンラセマーゼの解析を進める。ヒメツリガネゴケGlyA遺伝子については、同一のアミノ酸配列を持つ遺伝子が2つ存在しているため、二重遺伝子破壊ラインの作成を行う。ヒメツリガネゴケMetCについても、遺伝子破壊実験を進める。これらの酵素の持つアラニンラセマーゼ活性が葉緑体ペプチドグリカンの持つD-アラニンの合成に必須であれば、他のペプチドグリカン合成酵素の遺伝子破壊ラインと同様に巨大葉緑体形質が出現するだろう。GlyAのみ、MetCのみを破壊しただけでは形質が現れない場合は、両方を破壊した形質転換植物体を作成していく。また、グルタミン酸ラセマーゼ活性を持つタンパク質についても探索を行い、候補遺伝子を大腸菌等で発現させて、酵素活性を調べていく予定である。
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