| Project/Area Number |
23K05820
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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 | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
伊藤 竜一 琉球大学, 理学部, 准教授 (50322681)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | ストロミュール |
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| Outline of Research at the Start |
高等植物において，葉緑体以外の色素体（非緑色色素体）は，ストロミュールと呼ばれる細管状構造を活発に形成する．ストロミュール様の構造は19世紀後半から観察報告があるものの，未だにストロミュール形成の分子機構は不明である．本計画はストロミュール形成へのER及びオートファジーの関与を検証するとともに，「なぜストロミュールは非緑色色素体で活発に形成されるのか？」という疑問への解答を得ることを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
高等植物において、プラスチドは、「ストロミュール」と呼ばれる細管状構造を活発に形成することが知られている。ストロミュール様の構造は19世紀後半から観察報告があるものの、いまだにストロミュール形成の分子機構の詳細は解明されていない。申請者は、葉表皮でストロミュール形成が過剰なシロイヌナズナ変異体、suba1 と suba2 を取得した（Itoh et al. 2018, 2021）。そのうち suba1 変異体の原因遺伝子は、小胞体（ER）からプラスチドへの脂質輸送に関与するTGD5タンパク質をコードしていた。また、同変異体の孔辺細胞では、葉緑体の分解と、液胞への顆粒状構造の取り込み（オートファジー）が示唆された。本計画は、suba1変異体から得たこれらの知見に基づき、ストロミュール形成へのER及びオートファジーの関与を検証するものである。上記目的を達成するため、今年度は以下の実験を進めた。 (1) オートファジーのコアマシナリーを担うタンパク質（コアATGタンパク質）をコードする遺伝子（コアATG遺伝子）のシロイヌナズナ変異体に、プラスチドストロマ移行シグナルを融合した蛍光タンパク質 (GFP) を発現するコンストラクトを導入した。(2) 上記(1)で作成した、ストロマ移行GFPを発現する各atg変異体とsuba1変異体とをかけ合わせ、二重変異体を作成した。(3) suba1変異体に、ER lumen移行シグナルを融合した蛍光タンパク質 (CFP) を発現するコンストラクトを導入した。(4) TGD５以外のTGDタンパク質をコードする遺伝子のシロイヌナズナ変異体に、プラスチドストロマ移行シグナルを融合したGFPを発現するコンストラクトを導入した。
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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
年度当初の本年度の研究実施計画は、以下の２つに大別される。(A) シロイヌナズナ遺伝子組換え植物ラインの整備。コアatg変異体、tgd変異体、suba1変異体に関して、蛍光タンパク質（GFP, CFPなど）発現によるプラスチドまたはERの可視化ラインを作出し、以後の蛍光顕微鏡解析のための一連の材料を揃える。(B) 新たな植物実験系として、ミナトカモジグサ（Brachypodium distachyon）を導入する。上記のうち、(A) に関しては、作出が完了していないラインも一部あるものの、概ね予定通り作出できており、また、未取得のラインも2024年度の早い時期に取得できる見込みである。いっぽう (B) については、ミナトカモジグサの生育および予備観察の過程において、この植物種が我々のプラスチド観察実験系においてはやや取り扱いが難しい材料と判断された。そのため、(B) については当初予定を中止し、シロイヌナズナをベースとする実験系に注力することとした。このような当初予期していなかった方針変更はあったものの、(A) がほぼ予定通り進行していることから、現在までの進捗状況は「おおむね順調に進展している」と自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の主な研究計画は以下の通りである。(1) atg変異体における（特にペーブメント細胞および孔辺細胞の）プラスチドの形態とダイナミクスを、蛍光顕微鏡および透過型電子顕微鏡を用いて明らかにする。(2) atg suba1二重変異体、tgd変異体についても、(1) と同様の観察を進める。(3) suba1変異体におけるストロミュールとERの位置関係を蛍光顕微鏡によって解析することにより、両オルガネラの関連をさぐる。(4) ERを破壊した際にプラスチドおよびストロミュールの形態とダイナミクスがどのように変化するかを蛍光顕微鏡によって解析し、ER-プラスチド間相互作用がプラスチドのバイオジェネシスに及ぼす影響を調べる。
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