植物ステロール代謝系の雄性配偶体形成における機能解明

• Project Area: Genome Barriers in Plant Reproduction
• Project/Area Number: 21024009
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Osaka University (2010); Yokohama City University (2009)
• Principal Investigator: 村中 俊哉 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60342862)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永田 典子 日本女子大学, 理学部, 准教授 (40311352) ; 鈴木 優志 独立行政法人理化学研究所, ゲノム機能統合化研究チーム, 研究員 (30342801)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000); Fiscal Year 2010: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2009: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: ステロール / シロイヌナズナ / 雄性不稔 / ブラシノライド / 遺伝子破壊 / メタボローム / トランスクリプトーム

Research Abstract

雄性配偶体には、脂質としてさまざまなステロールが含まれているが、配偶体形成におけるステロールの機能についてこれまでほとんど知られていなかった。本研究では、ステロール代謝系の欠損が、生殖に及ぼす影響の全貌を明らかにすることを目的に、ステロール合成に関わる変異体を体系的に取得し、植物ステロール代謝系の雄性配偶体形成における機能解明を目指している。
これまでにhmg1 hmg2の二重変異体およびcas1において、ステロール合成系の完全遮断は雄性配偶体致死になることを示した。しかし、1遺伝子でコードされているPMK、最近機能的遺伝子は1つであることが報告されたSQS1の欠損変異体である、pmkおよびsqs1両変異体の雄性配偶体は著しく発達が損なわれているものの完全な致死ではなかった。両変異体とも、生存した花粉が受粉してもその後の発生が順調に進むことはなく胚致死になることがわかった。さらにエコタイプコロンビアのホモ個体について、過程I(14変異体)、過程II(3変異体)、過程III(2変異体)を選び、脂質解析を行った。その結果、総ステロール量が低下するhmg1で糖脂質組成の変化が見いだされた。一方、雄性配偶体内外におけるステロール代謝系物質の特定とその脂質系構造物の形成メカニズムを知る上で、微細形態学的なアプローチは大変有用である。ステロール欠損変異体の代表としてhmg1変異体を、スポロポレニン合成に関わる脂肪酸水酸化酵素欠損変異体(cyp704b2)およびワックス欠損変異体(cer1)と比較観察した。この過程で、スポロポレニン由来顆粒とその輸送経路、ポーレンコート沈着に果たすワックスの機能、ステロールとエライオプラスト形態の関係等に関する新しい知見を得た。生合成産物である脂質と脂質系オルガネラ構造の関係やミクロレベルでの脂質機能を推定することができた。

Research Products

• [Journal Article] The AMI1 gene family : Indole-3-acetamide hydrolase functions in auxin biosynthesis in plants (2010)
  • Author(s): Mano Y, 他
  • Journal Title: J.Exp.Bot. Volume: 61 Pages: 25-32
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Upregulation of phytosterol and triterpene biosynthesis in Centella asiatica hairy roots overexpressed ginseng farnesyl diphosphate synthase (2010)
  • Author(s): Kim Y, 他
  • Journal Title: Plant Cell Rep. Volume: 29 Pages: 403-411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vitro proliferation and triterpenoid characteristics of licorice (Glycyrrhiza uralensis Fischer, Leguminosae) stolons (2010)
  • Author(s): Kojoma M, 他
  • Journal Title: Plant Biotechnol. Volume: 27 Pages: 59-66
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanisms for independent cytoplasmic inheritance of mitochondria and plastids in angiosperms (2010)
  • Author(s): Nagata N
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 123 Pages: 193-199
  • NAID: 10027218262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanisms for independent cytoplasmic inheritance of mitochondria and plastids in angiosperms (2010)
  • Author(s): Nagata N
  • Journal Title: Journal of Plant Research (印刷中)
  • NAID: 10027218262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The mitochondrial PPR protein LOVASTATIN INSENSITIVE l plays regulatory roles in cytosolic and plastidial isoprenoid biosynthesis through RNA editing (2010)
  • Author(s): Tang J, 他
  • Journal Title: Plant J. 61 Pages: 456-466
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complete blockage of the mevalonate pathway results in male gametophyte lethality (2009)
  • Author(s): Suzuki M, 他
  • Journal Title: J Exp.Bot. 60 Pages: 2055-2064
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of plastids in pollen grains : involvement of FtsZl in pollen plastid division (2009)
  • Author(s): Tang L Y, 他
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 50 Pages: 904-908
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning and characterization of a squalene synthase gene from a petroleum plant, Euphorbia tirucali L. (2009)
  • Author(s): Uchida H, 他
  • Journal Title: Planta 229 Pages: 1243-1252
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dual biosynthetic pathway to phytosterol via cycloartenol and lanosterol in Arabidopsis (2009)
  • Author(s): Ohyama K, 他
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci, USA 106 Pages: 725-730
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 植物の新たなステロイド生合成経路の発見 (2009)
  • Author(s): 大山清, 他
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー 67 Pages: 428-430
• [Journal Article] 脂質が制御するタペータムと雄性配偶体の形成 (2009)
  • Author(s): 鈴木優志, 他
  • Journal Title: Plant Morphology 21 Pages: 55-62
  • NAID: 130002152916
• [Journal Article] 植物トリテルペンの代謝多様性 (2009)
  • Author(s): 大山清, 他
  • Journal Title: 植物の生長調節 44 Pages: 56-66
• [Journal Article] 高等植物特異的IPP生合成調節機構に見られるオルガネラ間ネットワーク (2009)
  • Author(s): 小林啓子, 他
  • Journal Title: Plant Morphology 21 Pages: 47-53
• [Presentation] ステロールによる葉緑体脂質制御機構の解析 (2011)
  • Author(s): 鈴木優志, 他
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: (中止だが成立)(要旨集)
• [Presentation] トマトオレンジ果色変異体vivid orange(vo)変異体の解析 (2011)
  • Author(s): 金子謙佑, 他
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: (中止だが成立)(要旨集)
• [Presentation] シロイヌナズナの葉緑体タンパク質APG11, APG12の機能解明 (2011)
  • Author(s): 文順姫, 他
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: (中止だが成立)(要旨集)
• [Presentation] 異常色素体と正常葉緑体が混在した細胞をもつシロイヌナズナ斑入り突然変異体の解析 (2011)
  • Author(s): 永田典子, 他
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: (中止だが成立)(要旨集)
• [Presentation] シロイヌナズナ葉表皮細胞の形態形成における細胞内微細構造の電子顕微鏡解析 (2011)
  • Author(s): 秋田佳恵, 他
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: (中止だが成立)(要旨集)
• [Presentation] トウガラシ属植物果実におけるカロチノイドプロファイルの比較解析 (2011)
  • Author(s): 伊藤隆, 他
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: (中止だが成立)(要旨集)
• [Presentation] ステロールによる葉緑体脂質制御機構 (2010)
  • Author(s): 鈴木優志, 他
  • Organizer: 第23回植物脂質シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇治
  • Year and Date: 2010-11-26
• [Presentation] 電子顕微鏡によるモルフォローム解析の提案 (2010)
  • Author(s): 永田典子
  • Organizer: 植物電子顕微鏡若手ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-11-19
• [Presentation] 植物HMG-CoAレダクターゼ活性制御機構の解析 (2010)
  • Author(s): 小林啓子, 他
  • Organizer: 第20回ドリコールおよびイソプレノイド研究会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2010-10-09
• [Presentation] Cardiolipin plays important roles in plant mitochondria and development (2010)
  • Author(s): Katayama K, 他
  • Organizer: The 51st International Conference on the Bioscience of Lipids (ICBL)
  • Place of Presentation: Bilbao, Spain
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] ナス科ステロイド化合物の骨格部生合成機構に関する解析 (2010)
  • Author(s): 大山清, 他
  • Organizer: 第28回日本植物細胞分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] The Potential Regulatory Mechanism of Plastid Differentiation and Function by Sterols (2010)
  • Author(s): Suzuki M, 他
  • Organizer: 19^<th> International Symposium On Plant Lipids (ISPL)
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2010-07-11
• [Presentation] Mitochondrial respiratory system potentially regulates isoprenoid biosynthesis in cytoplasm and plastid (2010)
  • Author(s): Kobayashi K, 他
  • Organizer: 21^<st> International Conference on Arabidopsis Research (ICAR)
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2010-06-10
• [Presentation] Molecular Analysis of Sterol Biosynthesis-Related Genes in Barley Chromosome Addition Lines of Common Wheat (2010)
  • Author(s): Tang J, 他
  • Organizer: 21st International Conference on Arabidopsis Research (ICAR)
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2010-06-10
• [Presentation] Plastid study of tomato fruits using the techniques of Arabidopsis research (2010)
  • Author(s): Motohashi R, 他
  • Organizer: 21^<st> International Conference on Arabidopsis Research (ICAR)
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2010-06-10
• [Presentation] マイクロトムを用いたクロモプラスト分化機構解明のためのプラスチドプロテオーム解析 (2010)
  • Author(s): 本橋令子, 他
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] ステロール量・組成変動による遺伝子発現変化の解析 (2010)
  • Author(s): 鈴木優志, 他
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] シロイヌナズナ葯タペータム内の特異な脂質系オルガネラの分化 (2010)
  • Author(s): 永田典子
  • Organizer: 第12回植物オルガネラワークショップ
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2010-03-17
• [Presentation] Comprehensive analyses of Arabidopsis mutants lacking sterol biosynthetic genes (2009)
  • Author(s): Suzuki M, 他
  • Organizer: A Joint Meeting of the Third Asian Symposium on Plant Lipids and the 22nd Japanese Symposium on Plant Lipids
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2009-11-27
• [Presentation] イメージングで紐解く知られざる花粉の秘密 (2009)
  • Author(s): 永田典子
  • Organizer: 日本女子大学バイオイメージングセンターシンポジウム「生命現象をイメージングする」
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-10-03
• [Presentation] 高等植物の雄性配偶体形成過程における特異なオルガネラ分化に関する研究 (2009)
  • Author(s): 永田典子
  • Organizer: 日本植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形
  • Year and Date: 2009-09-20
• [Presentation] シロイヌナズナ雄性配偶子内のミトコンドリアの動態と母性遺伝 (2009)
  • Author(s): 棚橋沙由理, 他
  • Organizer: 日本植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形
  • Year and Date: 2009-09-19
• [Presentation] 弱光条件下におけるシロイヌナズナ子葉のチラコイド膜重層化に関する解析 (2009)
  • Author(s): 朝長優美, 他
  • Organizer: 日本植物形態学会第21回大会
  • Place of Presentation: 山形
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 斑入り突然変異体thf1における色素体の細胞内分布に関する研究 (2009)
  • Author(s): 佐藤由佳, 他
  • Organizer: 日本植物形態学会第21回大会
  • Place of Presentation: 山形
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] ステロール生合成変異体の網羅的解析 (2009)
  • Author(s): 鈴木優志, 他
  • Organizer: 第27回日本植物細胞分子生物学会大会・シンポジウム
  • Place of Presentation: 藤沢
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Isoprenoids are critical for the development of tapetum and male gametophyte (2009)
  • Author(s): Suzuki M, 他
  • Organizer: TERPNET 2009
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-05-25
• [Presentation] The potent regulatory mechanisms of the cytosolic and plastidic isoprenoid biosynthesis by a mitochondrial respiration (2009)
  • Author(s): Kobayashi K, 他
  • Organizer: TERPNET 2009
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-05-25
• [Remarks]
  • URL: http://www.bio.eng.osaka-u.ac.jp/pl/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://pbiotech.sci.yokohama-cu.ac.jp/