原始植物ホルモン受容体-リガンドを用いた人工的逆進化によるジャスモン酸応答制御
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22K14834
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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 38040:Bioorganic chemistry-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
加治 拓哉 東北大学, 理学研究科, 助教 (80835520)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 植物ホルモン / 受容体 / タンパク間相互作用 / 分子進化 / ケミカルバイオロジー / タンパク-タンパク間相互作用 |
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| Outline of Research at the Start |
ジャスモン酸イソロイシン(JA-Ile)は、防御応答や二次代謝活性化など、魅力的な作用をもつ植物ホルモンである。JA-IleはCOI1-JAZ共受容体に結合して各種の生物応答を引き起こすが、遺伝的な冗長性のため、その生理応答の制御機構は全容は未だ明らかでない。
最近、苔類ゼニゴケではシロイヌナズナと異なり1種類の受容体しかなく、dn-OPDA類を原始的な植物ホルモンとして用いていることが明らかになった。
本研究では、ゼニゴケの受容体系を活用して、高等植物を人工的に先祖返りする戦略が、遺伝的に冗長なシグナル伝達ネットワークの進化過程の一端を明らかにする有望な手法であることを実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では始原ジャスモン酸受容体-リガンドを用いて、高等植物の植物内でキメラ受容体を作成することで、原始的な合成リガンドによるシグナル伝達を先祖返りさせ、部分的なジャスモン酸シグナルの活性化が可能かどうかを明らかにすることを目指している。当該年度においては、人工的先祖返り戦略の概念実証に向けた準備として下記を実施した。
1) リガンド、タンパク、ペプチド類の新規合成・準備など：申請後に新たに見出された真の始原ジャスモン酸リガンド候補分子delta4-dn-iso-OPDAについて新たに合成経路の確立を行い、これが既知のdn-iso-OPDAなどと同様に始原ジャスモン酸受容体に対して高い結合親和性を有することを明らかにした。
また、in-vitroでの生化学実験に必要なMpCOI1やJAZなどについて調整した。
2) dn-iso-OPDAに対するキメラ受容体との結合親和性評価：既知の始原ジャスモン酸であるdn-iso-OPDAについて、ゼニゴケのMpCOIと高等植物シロイヌナズナのJAZとを用いたキメラ受容体に対する結合親和性評価を実施し、系統樹解析からシロイヌナズナの原始的なJAZサブタイプと予想した一部のサブタイプに選択性を示すことを示唆する知見を得た。
3) 人工的先祖返りに向けたシロイヌナズナ形質転換体の作成：植物を用いたコンセプト実証実験に向け、シロイヌナズナのcoi1-30変異体に対して、ゼニゴケのMpCOI1を導入する形質転換をfloral dip法によりアグロバクテリウムを用いて実施した。望みの形質転換体は雄性不稔と予想されたためgenotypingと薬剤耐性を組み合わせたT0 lineのスクリーニングによるヘテロ体の選別を実施した後、T1にて変異導入についてホモの形質転換体の作出・選別を進めている。
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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
原始的な植物ホルモンジャスモン酸のリガンドと受容体を用いて高等植物のジャスモン酸受容機構を先祖返りさせることができるかどうかを明らかにする上で、原始的なCOI1受容体の真の活性リガンドを明らかにすることは重要である。申請後に見出された新規リガンド候補分子であるdelta4-dn-iso-OPDAの合成経路を確立し、原始的な受容体との親和性を確認した点は、既に明らかになっている活性リガンドdn-iso-OPDAと合わせた原始的な受容体を用いた先祖返り戦略の実施や、その後のキメラ共受容体によるリガンド認識機構の解明に役立つと期待される。
また、人工的な逆進化のモデルとして実施するシロイヌナズナの形質転換体の作出についても順調に進んでいることから概ね順調であると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは前年度に合成経路を確立した新規始原ジャスモン酸リガンドについて論文投稿を目指す。
キメラ受容体との結合親和性評価について他の植物種への適用を含め引き続き実施する予定である。
前年度に引き続きシロイヌナズナ変異体の作出を進め、合成した始原ジャスモン酸リガンドを用いた遺伝子発現解析など生物活性評価に着手する。
また、原始的なCOI1受容体とリガンドが、高等植物のJAZの中でも原始的なサブタイプと相互作用しているという予備的知見についてより構造的な詳細を明らかにするためにこれまでに実施しているin-silicoでのドッキング解析に加えて、結晶化検討などより直接的な実験データを得るための検討を進める予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
