Structural and functional analyses of MIZ1 protein assembly.

• Project/Area Number: 23K05813
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 宮沢 豊 山形大学, 理学部, 教授 (00342858)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: MIZ1 / 水分屈性 / シロイヌナズナ

Outline of Research at the Start

植物は周囲の水分勾配に応答して水分の多い方向へ根を屈曲させる水分屈性を示す。申請者が水分屈性制御分子として見出したMIZ1は，植物の乾燥環境適応のために獲得された遺伝子であると考えられた。申請者は，水分屈性特異的にMIZ1は細胞内で集合すること見出しており，このMIZ1の集合は水分屈性に必須のイベントであると考えられた。本研究は，MIZ1の集合体の形成や機能に必要な分子を，遺伝学的手法と分子生物学的手法の両面から探索・同定し，それらがどのようにMIZ1と協働して水分屈性に機能するかを解析することから，植物の陸地環境適応を可能にした分子機構を解明するものである。

Outline of Annual Research Achievements

予備的な解析から，MIZ1が細胞内で凝集体を作ることが推定されていた。当該年度は，この凝集体の性質について解析するために，まず葉肉プロトプラストに蛍光タンパク質に融合させたMIZ1を一過的に発現させる系を用いて研究を行った。その結果，MIZ1はホモ複合体を細胞内で形成することが明らかになった。さらに，miz1-1およびmiz1-5型のタンパク質とGFPとの融合タンパク質は植物体内で検出することができなかったが，今回，蛍光タンパク質を融合させる場所をこれまでと変えることで，変異型MIZ1タンパク質も検出できることが分かった。そこで，BiFC法を用いてMIZ1型，miz1-1型，miz1-5型それぞれのタンパク質が，細胞内で複合体を形成するのかを解析し，いずれもホモ複合体形成能を有することを見出した。水分屈性時の動態変化の解析のため，植物体内でBiFC法を適用できるような形質転換体の作出を開始した。
これに加えて，MIZ1相互作用タンパク質の選抜のためのタグ付きMIZ1発現系統の作出も進め，タグを指標にMIZ1とMIZ1相互作用タンパク質を沈降させるための系統の樹立に成功した。上述の葉肉プロトプラストを用いた解析からえられた知見をもとに，変異型タグ付きmiz1タンパク質を発現する系統の作出も行い，形質転換体を得ることに成功した。
変異型miz1タンパク質と相互作用するタンパク質との差し引きが可能になった点は，水分屈性という現象と本質的に関わるMIZ1相互作用タンパク質の同定に資するという意味で，大きな進展であるといえる。
上記のほか，MIZ1の機能発現に必要なMIZ2水分屈性時に根のどこで機能するのかを解明し，論文発表した。また，オーキシンがMIZ1の制御下で水分屈性の停止に機能することを見出し，論文発表した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究目標に向けて，直線的に研究を進めることができており，次年度以降に実施する予定の解析の準備も順調に進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画に基づき，進める。

Research Products

• [Journal Article] MIZU-KUSSEI1 (MIZ1) and GNOM/MIZ2 control not only positive hydrotropism but also phototropism in Arabidopsis roots (2023)
  • Author(s): Pang Lei、Kobayashi Akie、Atsumi Yuka、Miyazawa Yutaka、Fujii Nobuharu、Dietrich Daniela、Bennett Malcolm J、Takahashi Hideyuki
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 74 Issue: 17 Pages: 5026-5038
  • DOI: 10.1093/jxb/erad193
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Auxin biosynthesis, transport, and response directly attenuate hydrotropism in the latter stages to fine‐tune root growth direction in <i>Arabidopsis</i> (2023)
  • Author(s): Akita Kotaro、Miyazawa Yutaka
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: 175 Issue: 5
  • DOI: 10.1111/ppl.14051
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シロイヌナズナの水分屈性におけるアクチン重合・脱重合の役割の生理学的解析 (2024)
  • Author(s): 秋田幸太郎，宮沢 豊
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Physiological studies on the auxinic regulation of hydrotropism in Arabidopsis thaliana. (2023)
  • Author(s): Kotaro Akita, Yutaka Miyazawa
  • Organizer: 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゲノムワイド関連解析を用いたシロイヌナズナの水分屈性能の促進に関わるSNPの同定 (2023)
  • Author(s): 鈴木夏美，宮沢 豊
  • Organizer: 日本植物学会第87回大会
• [Presentation] BiFC を用いた MIZ1 および miz1-1、miz1-5 タンパク質の複合体形成の検証 (2023)
  • Author(s): 乙供真澄，宮沢 豊
  • Organizer: 東北植物学会第13回大会