ペクチン質多糖ラムノガラクツロナンII合成関連遺伝子の新規同定

• Project Area: Plant cell wall as information-processing system
• Project/Area Number: 15H01232
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小林 優 京都大学, 農学研究科, 准教授 (60281101)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2015: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 細胞壁 / ペクチン / ラムノガラクツロナンII / KDO / ホウ素 / 植物 / 糖 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

植物細胞壁に含まれるペクチンは、その内部のラムノガラクツロナンII（RG-II）領域がホウ酸とエステル結合することで架橋されゲル化する。このゲルの生理機能を解析する手段として、架橋部位であるRG-IIに変異を導入し、生育や代謝への影響を解析することが考えられる。そこで本研究では、RG-IIの特異的構成糖2-ケト-3-デオキシオクトン酸（KDO）の生合成関連酵素遺伝子の新規同定と、その変異株の解析を行った。
KDO生合成の初発基質D-アラビノース 5-リン酸（A5P）はD-リブロース 5-リン酸の異性化により生成する。その反応を触媒するA5Pイソメラーゼ（API）の遺伝子は植物では未同定であった。そこでグラム陰性菌APIとアミノ酸レベルで約30％な配列をコードするシロイヌナズナSETH3遺伝子を候補として研究を進めた。前年の研究でSETH3組換えタンパク質のAPI活性を確認したため、本年度はシロイヌナズナのSETH3変異株の表現型解析を行った。
seth3変異株としてまずT-DNA挿入変異株を探索したが、SETH3発現量が顕著に低下したラインは得られなかった。そこでRNAi法による発現抑制株を作成した。RNAi株はSETH3 mRNA量が顕著に低下し、主根伸長の抑制、地上部の矮化等の表現型を示した。シロイヌナズナはA5Pの代替としてD-アラビノースをKDO生合成に利用し得ることが示唆されている。そこで培地にD-アラビノースを添加したところRNAi株の生育は回復した。一方L-アラビノースは表現型を相補しなかった。以上の結果から、SETH3がA5Pの生合成に必要な酵素APIをコードする遺伝子であることが裏付けられた。またRG-IIの特異的構成糖KDOの生合成阻害はシロイヌナズナの生育を著しく低下させることが示された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Immunocytochemical detection of rhamnogalacturonan II on forming cell plates in cultured tobacco cells (2017)
  • Author(s): Ye Zhou, Tatsuya Awano, Masaru Kobayashi, Toru Matoh, and Keiji Takabe
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 81 Issue: 5 Pages: 899-905
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1270740
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるホウ素欠乏初期応答の解析 (2017)
  • Author(s): 宮本真亜子、小林優、間藤徹、北島佐紀人、花野滋、I Nyoman Sumerta、櫻井望、柴田大輔
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都市（京都女子大学）
• [Presentation] シロイヌナズナにおける D-アラビノース-5-リン酸合成酵素候補遺伝子の発現抑制株の解析 (2017)
  • Author(s): 清水寿朗、野口瑞木、小林優、間藤徹
  • Organizer: 日本植物生理学会 第58回年会
  • Place of Presentation: 鹿児島市（鹿児島大学）
• [Presentation] 植物細胞壁ペクチンは何をしているのか？肥料学からみた植物細胞壁 (2017)
  • Author(s): 小林優
  • Organizer: 生物資源・次世代農業セミナー「循環型炭素資源 - 植物細胞壁の研究動向」
  • Place of Presentation: 滋賀県草津市（立命館大学びわこくさつキャンパス）
  • Invited
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるD-アラビノース-5-リン酸生合成酵素の候補遺伝子の解析 (2016)
  • Author(s): 野口瑞木、小林優、間藤徹
  • Organizer: 日本植物生理学会第57回年会
  • Place of Presentation: 岩手県盛岡市（岩手大学）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Early responses of Arabidopsis plants to boron deprivation (2016)
  • Author(s): Masaru Kobayashi
  • Organizer: International Workshop on Soil-Microbe-Plant Interaction
  • Place of Presentation: 岡山県倉敷市（岡山大学資源生物科学研究所）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ホウ素の結合座RG-IIの合成阻害で何が起こるか (2016)
  • Author(s): 小林優
  • Organizer: 第2回 植物の栄養研究会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市（名古屋大学）
• [Presentation] ホウ素ラムノガラクツロナンII複合体の機能に関する研究 - 特異的構成糖KDOの合成経路とその変異株の解析 - (2015)
  • Author(s): 原朋美、王櫻霖、小林優、間藤徹
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2015年度京都大会
  • Place of Presentation: 京都府京都市（京都大学）
  • Year and Date: 2015-09-11