植物の環境応答における細胞壁ペクチンの機能解明

• Project Area: Integrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes
• Project/Area Number: 23119509
• 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, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (60281101)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2011: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 植物 / ストレス / 細胞壁 / 多糖類 / ペクチン / 環境応答

Outline of Annual Research Achievements

植物細胞壁を構成する主要成分のひとつであるペクチンゲルの生理機能に関する研究を行った。
ペクチンはラムノガラクツロナンII（RG-II）領域においてホウ酸エステルで架橋される。そのRG-IIの特異的構成糖KDOの合成に必要な酵素CKS（CTP:KDOシチジリル転移酵素）について、RNAi法で発現を抑制したシロイヌナズナを作成した。RNAi株は野生型株に比べ主根伸長が著しく抑制される。その根端成長を細胞動力学的手法で解析した結果、細胞増殖速度・細胞体積増大速度の両方が低下していることが明らかとなり、植物細胞の分裂および成長におけるペクチンゲルの重要性が実証された。
ペクチンゲルの機能を進化的観点から考察するため、非維管束植物であるゼニゴケにもRG-IIが存在し何らかの機能を担っているか検討した。RG-IIの特異的構成糖であるKDOおよびアピオースの合成酵素様遺伝子について発現解析を行った結果、両遺伝子共に、急速に拡大する領域の表皮細胞層、および成長点近傍の粘液毛で強い発現が認められた。これら発現が盛んな部位はペクチン含量が高い部位と一致した。このことから、ゼニゴケにもKDO・アピオースを含むペクチン、即ちRG-II様の多糖が存在することが示唆された。粘液毛は成長点を保護する粘性多糖を分泌すると考えられており、RG-II様多糖はその粘性多糖に含まれる可能性が高い。
ペクチンを細胞外リガンドとする受容体型キナーゼWAK（細胞壁結合型キナーゼ）の機能を解明するための研究を行った。WAKは他の多くの受容体型キナーゼと同じく自己リン酸化活性を有する。そのリン酸化部位について検討した結果、キナーゼ間で高度に保存された領域である活性化ループに存在する複数のセリンまたはスレオニン残基がリン酸化を受けることが明らかとなった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Boron nutrition of cultured tobacco BY-2 cells. VII. Rapid induction of metabolic dysfunction in cells deprived of boron as revealed by microarray analysis (2013)
  • Author(s): Koshiba T., Kobayashi M., Matsuoka K., Fujiwara T., Matoh T
  • Journal Title: Soil Sci. Plant Nutr Volume: 59 Issue: 2 Pages: 189-194
  • DOI: 10.1080/00380768.2013.763383
  • NAID: 110009688309
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of Arabidopsis CTP : 3-deoxy-D-manno-2-octulosonate cytidylyltransferase (CMP-KDO synthetase), the enzyme that activates KDO during-rhamnogalacturonan II biosynthesis (2011)
  • Author(s): Kobayashi M, Kouzu N, Inami A, Toyooka K, Konishi Y, Matsuoka K, Matoh T
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 52 Issue: 10 Pages: 1832-1843
  • DOI: 10.1093/pcp/pcr120
  • NAID: 10030304814
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RG-IIのKDO残基の合成に必要な酵素CTP:KDOシチジリルトランスフェラーゼ発現抑制株の解析 (2013)
  • Author(s): 青木亮輔、小林優、岩元明敏、松永俊朗、間藤徹
  • Organizer: 第54回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] ゼニゴケにおけるラムノガラクツロナンII構成糖合成酵素の発現解析 (2012)
  • Author(s): 和下田将史、小林優、間藤徹
  • Organizer: 植物細胞壁研究者ネットワーク2012年定例研究会
  • Place of Presentation: ホテルユインチ沖縄（沖縄県南城市）
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] シロイヌナズナKDO-8-フォスファターゼ候補遺伝子のキャラクタリゼーション (2012)
  • Author(s): 原朋美、小林優、間藤徹
  • Organizer: 植物細胞壁研究者ネットワーク2012年定例研究会
  • Place of Presentation: ホテルユインチ沖縄（沖縄県南城市）
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] Expression of genes involved in the synthesis of rhamnogalacturonan II-related monosaccharides in Marchantia polymorpha: Implications for the function of pectin gels in land plants (2012)
  • Author(s): Masashi Wageta, Masaru Kobayashi, Toru Matoh
  • Organizer: Marchantia Workshop 2012
  • Place of Presentation: ホテルグリーンピア阿蘇（熊本県阿蘇郡南阿蘇村）
  • Year and Date: 2012-11-16
• [Presentation] 細胞壁ペクチンの生理機能 - ホウ素・カルシウム栄養を手がかりとして - (2012)
  • Author(s): 小林優
  • Organizer: 日本土壌肥料学会 2012年鳥取大会
  • Place of Presentation: 鳥取大学（鳥取県鳥取市）
  • Year and Date: 2012-09-08
  • Invited
• [Presentation] RG-II KDO残基の生合成に必要な酵素CKSの発現抑制株の解析 (2012)
  • Author(s): 小林優
  • Organizer: ホウ素栄養研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学農学部(札幌市)
  • Year and Date: 2012-02-23
• [Presentation] Studies of the function of borate-rhamnogalacturonan II complex : analyses using Arabidopsis mutant of KDO biosynthesis (2011)
  • Author(s): Kobayashi M, Aoki R, Konishi Y, Toyooka K, Matoh T
  • Organizer: Fourth Conference on Biosynthesis of Plant Cell Wall
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場(兵庫県淡路市)
  • Year and Date: 2011-10-02
• [Remarks] 京都大学 植物栄養学研究室
  • URL: http://www.npk.kais.kyoto-u.ac.jp