Molecular mechanism for flexible and robust cell walls in plants
Publicly Offered Research
| Project Area | Material properties determine body shapes and their constructions |
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| Project/Area Number |
23H04302
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
小竹 敬久 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20334146)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 植物細胞壁 / アラビノガラクタン-プロテイン / セルロース合成 / 細胞壁物性 / アラビノガラクタン-タンパク質 / 細胞壁 / 表層微小管 / セルロース / プロテオグリカン / 細胞壁構築 |
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| Outline of Research at the Start |
アラビノガラクタン-プロテイン（AGP）は植物で共通に見られる細胞外プロテオグリカンであるが、その分子機能は未だによくわかっていない。最近、デキサメタゾン制御下で真菌由来の糖鎖分解酵素遺伝子が発現するシロイヌナズナを作出したところ、AGPの糖鎖が破壊されるとセルロース合成が異常となり、細胞の形態が大きく乱れることがわかった。本研究ではこの植物を利用して、セルロース合成（β-1,4-グルカン合成）、セルロースの微繊維化、セルロースの配向制御におけるAGPの重要性と役割の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物細胞の形や大きさは細胞壁が決定している。強固な微繊維を形成するセルロースは細胞壁中では屋台骨のはたらきを持ち、その合成や配向が形態形成や成長制御に不可欠な役割を果たしている。本研究では、植物の細胞外プロテオグリカンであるアラビノガラクタン-プロテイン（AGP）に着目し、そのセルロース合成や沈着への関与を明らかにすることを目指している。
本研究では、真菌由来のAGPの糖鎖分解酵素遺伝子が外性のデキサメタゾンで発現誘導されるシステムを利用した。このシステムでは植物生体内でAGPの糖鎖が分解されてAGP機能が攪乱され、セルロース量が顕著に減少することがわかっている。また、細胞外のセルロースは細胞内の表層微小管に沿って合成されることが知られているが、AGPなどの細胞外分子が表層微小管の配向制御にどのように関わるのかについてはわかっていない。そこで2023年度は、微小管を可視化したシロイヌナズナにこのシステムを導入し、AGPの糖鎖の分解が植物細胞の成長と表層微小管の配向に与える影響を調べた。
AGPは植物に特有の細胞外プロテオグリカンであり、その糖鎖構造や分子機能は未だに不明な点が多い。2023年度はAGPの糖鎖構造について整理した総説（Ghosh et al., 2023, Carbohydr. Res.）を発表した。また、関連する研究についても論文発表を行った。
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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
本研究では、セルロース合成におけるAGPの糖鎖の機能として、（１）表層微小管の配向制御・安定性向上、（２）セルロース合成酵素活性の向上、（３）セルロースの微繊維化の促進の３つを想定している。このうち、（１）については、研究実績の概要に記載した通り、AGPの関与を示唆する興味深い結果が得られている。（２）については、セルロース合成酵素複合体を可視化してその移動速度を評価する必要があり、難航している。そこで、AGP糖鎖に特異的に結合するYariv試薬で処理した際のシロイヌナズナ芽生えのセルロース合成量を評価する実験に切り替えて実験を進めている。（３）についても、Yariv試薬を利用した実験を進めており、Yariv試薬処理により、非結晶性のセルロースの増加を調べている。結晶性セルロースには作用しないセルラーゼを利用することで、非結晶性のセルロースをオリゴ糖に分解し、HPLCで定量できることを確かめている。
次年度では、表層微小管を可視化したシロイヌナズナを利用して、AGPの糖鎖機能攪乱が成長時の細胞伸長と表層微小管の配向に与える影響を調べる。また、Yariv試薬を利用して、AGPの機能阻害がセルロースの量や微繊維化に与える影響も調べる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
植物のプロテオグリカンと言われるAGPは、ヒドロキシプロリンが豊富なコアタンパク質に、大きなアラビノガラクタン（AG）糖鎖が結合している。動物のコンドロイチン硫酸やヘパラン硫酸とは、タンパク質部分、糖鎖部分ともに構造は全く異なるが、細胞外分子であること、コアタンパク質に巨大な糖鎖が結合すること、負電荷を帯びた糖残基が多いことなど、類似点が多い。本研究では特にAG糖鎖の役割に着目している。すでに、シロイヌナズナの生体内でAG糖鎖の分解を起こすと組織形態が著しく乱れることやセルロース量が顕著に減少することがわかっているため、本研究では「どのようにAGPがセルロース合成・沈着に関わるか」について特に焦点を当てる。
当初の計画では、セルロース合成酵素の触媒サブユニットであるCslAを蛍光タンパク質で可視化した植物でAGPの糖鎖分解を起こし、CslAの移動速度や方向の変化を調べる予定であったが、この実験が容易ではないことが判明したため、2024年度の研究計画ではAGPに特異的な阻害剤であるYariv試薬を用いることとした。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
