植物の根の水分屈性に関与する新奇タンパク質の分子機能解析

• Project/Area Number: 23780332
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Boundary agriculture
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山崎 誠和 東北大学, 大学院・生命学研究科, 助教 (40400189)
• Project Period (FY): 2011
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2013: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2012: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2011: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: シロイヌナズナ / 水分屈性 / タンパク質 / 環境応答

Research Abstract

植物の根は水分の多い方向に屈曲伸長する水分屈性能を有する。これは、植物が土中で水分を効率的に獲得するのに役立っていると考えられる。これまでに申請者らは、植物の水分屈性の分子機構の解明を目指して、モデル植物であるシロイヌナズナを研究材料に研究を行ってきており、水分屈性を欠損する変異体miz1 (mizu-kussei 1)を単離している。本研究では、MIZ1遺伝子がコードするタンパク質の機能解析を主な目的としている。MIZ1タンパク質は陸上植物のみに存在するタンパク質でその機能は未知である。MIZ1タンパク質は297アミノ酸残基からなりN末端側の非保存領域とC末端側の植物間で高度に保存された領域(MIZドメイン)を有する。予測アルゴリズムを用いてタンパク質の細胞内局在を予測したところ、MIZ1タンパク質はミトコンドリアや葉緑体などの二重膜系オルガネラに輸送されることが示唆された。そこで、MIZ1にGFPを付加した融合タンパク質を発現させるコンストラクトをmiz1変異体に遺伝子導入した形質転換体を作出した。形質転換体は、miz1変異を相補したことからこの融合タンパク質機能していることが示された。一方、予期しない結果としてmiz1変異を持つ変異体型の融合タンパク質は遺伝子発現が確認できたが、融合タンパク質を検出することができなかった。このことはmiz1変異体の原因は、MIZ1タンパク質を不安定化することでタンパク質が欠損するからだと考えられる。次いで、GFP蛍光を共焦点蛍光顕微鏡法を用いて、観察を行ったところ、MIZ1タンパク質が根端細胞および皮層の分裂域で発現していることがわかった。さらに、細胞分画を行ったところ、MIZ1タンパク質が可溶性の性質を示すだけでなく、小胞体膜に結合することもわかった。これらのことからMIZ1は根の水分屈性において小胞体で機能していることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] MIZ1, an essential protein for root hydrotropism, is associated with the Cytoplasmic face of the endoplasmic reticulum membrane in Arabidopsis root cells (2012)
  • Author(s): Tomokazu Yamazaki, Yutaka Miyazawa, Akie Kobayashi, Teppei Moriwaki, Nobuharu Fujii, Hideyuki Takahashi
  • Journal Title: FEBS letters Volume: 586 Issue: 4 Pages: 398-402
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2012.01.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chloroplast Division and Differentially Regulated Expression of FtsZ1 and FtsZ2 in the Synchronous Culture of Nannochloris bacillaris (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) (2012)
  • Author(s): Sumiya, N., Yamazaki, T., Owari, S., Yamamoto, M., Watanabe, K., Kawano, S.
  • Journal Title: Cytrogia Volume: 77 Pages: 55-66
  • NAID: 10030120049
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Root tropisms : Its mechanism and possible functions in drought avoidance (2011)
  • Author(s): Miyazawa Y, Yamazaki T, Moriwaki T, Takahashi H
  • Journal Title: Advances in Botanical Research Volume: 57 Pages: 349-375
• [Presentation] MIZ1, an essential protein for root hydrotropism, is associated with the cytoplasmic face of the endoplasmic reticulum membrane in Arabidopsis root cells (2012)
  • Author(s): 山崎誠和、小林好恵、宮沢豊、高橋秀幸
  • Organizer: The 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 奈良