基部陸上植物の葉緑体型ペプチドグリカン結合性タンパク質の単離と解析

• Project Area: "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
• Project/Area Number: 26117720
• 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: Kumamoto University
• Principal Investigator: 高野 博嘉 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (70242104)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 植物 / 葉緑体 / 形態

Outline of Annual Research Achievements

葉緑体はシアノバクテリア(藍藻)の原始真核細胞への共生により生じた。藍藻の持つペプチドグリカンは進化の過程で葉緑体から消失したと考えられてきたが、我々は細菌から持ち込まれたペプドグリカン関連遺伝子が現在でもコケ植物の葉緑体において分裂等の基本的な葉緑体機能にかかわっていることを見出している。
クリック反応を利用してペプチドグリカンを可視化する方法により、コケ植物の葉緑体がペプチドグリカンで覆われていることを発見した。更に、ペプチドグリカン合成系のMurE遺伝子破壊ラインを用いて同様のクリック反応を行い、予想通りにこの植物体では蛍光が見えないことを明らかとした。
ペニシリン結合タンパク質（ＰＢＰ）はペプチドグリカンモノマーを既存のペプチドグリカンに結合する最終合成を司る酵素である。ヒメツリガネゴケ葉緑体型ＰＢＰと協調して働くタンパク質を同定するため、mycタグを付加したＰＢＰを発現する形質転換ラインをヒメツリガネゴケで作成した。mycタグに対する抗体で免疫沈降等を行うことによりＰＢＰと複合体を作るタンパク質を取得し、質量分析法により同定したところ、ペプチドグリカン結合ドメインであるLysMドメインを持つタンパク質を見いだすことができた。これらのタンパク質はコケ植物の葉緑体でペプチドグリカンと結合しつつ、機能している可能性がある。
藍藻の持つペプチドグリカン-外膜接着システムであるS-layer homology (SLH) ドメインと予測される領域を持つコケ植物の葉緑体タンパク質(SLHタンパク質)に関する研究も進めた。コケ植物には、4つのSLHタンパク質が存在していたが、SLH1/2二重遺伝子破壊ラインを作成したところ、細胞における葉緑体数の減少が明らかとなった。このことは、SLHタンパク質が何らかの形で葉緑体分裂や数に関わっていることを示唆している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Maintenance of normal stress tolerance in the moss Physcomitrella patens lacking chloroplastic CuZn-superoxide dismutase. (2015)
  • Author(s): Higashi, Y., Takechi, K., Takano, H., Takio, S.
  • Journal Title: Am. J. Plant Sci. Volume: 6 Issue: 2 Pages: 591-601
  • DOI: 10.1007/s10126-014-9608-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bending of Protonema Cells in a Plastid Glycolate/Glycerate Transporter Knockout Line of Physcomitrella patens. (2015)
  • Author(s): Nakahara J, Takechi K, Myouga F, Moriyama Y, Sato H, Takio S, Takano H
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Issue: 3 Pages: e0118804-e0118804
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0118804
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] コケ植物の葉緑体を取り囲む藍藻由来の細胞壁構成要素ペプチドグリカン (2015)
  • Author(s): 高野 博嘉
  • Organizer: 第30回日本微生物生態学会
  • Place of Presentation: 土浦
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Invited
• [Presentation] ヒメツリガネゴケ葉緑体に存在するペプチドグリカン層 (2015)
  • Author(s): 平野 隆之，谷所 幸治，佐藤 モモ，只野 慎治，石川 勇人，瀧尾 進，武智 克彰，高野博嘉
  • Organizer: 第79回日本植物学会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] ペプチドグリカン層を持つヒメツリガネゴケ葉緑体の観察 (2015)
  • Author(s): 平野 隆之，谷所 幸治，佐藤 モモ，只野 慎治，石川 勇人，瀧尾 進，武智 克彰，高野博嘉
  • Organizer: 第27回日本植物形態学会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-09-05
• [Presentation] D-アラニルD-アラニンはヒメツリガネゴケの葉緑体分裂に必要だが、シロイヌナズナでは必要ない (2015)
  • Author(s): 平野隆之・谷所幸治・清水泰博・佐藤モモ・只野慎治・石川勇人・滝尾進・武智克彰・高野博嘉
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学(東京都世田谷区)
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Chloroplast division system with peptidoglycan including D-amino acids in the moss Physcomitrella patens (2014)
  • Author(s): Pan Liu, Katsuaki Takechi, Susumu Takio, Hiroyoshi Takano
  • Organizer: 2nd International Sympodium for Integrated Science for Molecular Chirality in Biology and Chemistry
  • Place of Presentation: 熊本県阿蘇郡ホテルグリーンピア南阿蘇
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-01
• [Presentation] Bending of Protonema Cells in a Plastid Glycolate/Glycerate Transporter Knockout Line of Physcomitrella patens (2014)
  • Author(s): Jin Nakahara, Katsuaki Takechi, Fumiyoshi Myouga, Yasuko Moriyama, Hiroshi Sato, Susumu Takio, Hiroyoshi Takano
  • Organizer: 2nd International Sympodium for Integrated Science for Molecular Chirality in Biology and Chemistry
  • Place of Presentation: 熊本県阿蘇郡ホテルグリーンピア南阿蘇
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-01
• [Presentation] D-alanyl-D-alanine is required for moss plastid division, but not for Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Takayuki Hirano, Koji Tanidokoro, Yasuhiro Shimizu, Yutaka Kawarabayasi, Toshihisa Ohshima, Momo Sato, Shinji Tadano, Hayato Ishikawa, Susumu Takio, Katsuaki Takechi, Hiroyoshi Takano
  • Organizer: 2nd International Sympodium for Integrated Science for Molecular Chirality in Biology and Chemistry
  • Place of Presentation: 熊本県阿蘇郡ホテルグリーンピア南阿蘇
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-01
• [Presentation] Peptidoglycan related chloroplast division system in the moss Physcomitrella patens (2014)
  • Author(s): Pan Liu, Katsuaki Takechi, Susumu Takio and Hiroyoshi Takano
  • Organizer: Moss2014
  • Place of Presentation: 中国北京市首都師範大学
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-28
• [Presentation] ヒメツリガネゴケ葉緑体分裂に関するペプチドグリカン合成酵素ペニシリン結合タンパク質複合体の解析 (2014)
  • Author(s): 松下祐美・武智克彰・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学(神奈川県川崎市)
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] 光呼吸に関連する葉緑体グリコール酸/グリセリン酸トランスポーターのヒメツリガネゴケを用いた機能解析 (2014)
  • Author(s): 中原仁・武智克彰・佐藤博・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学(神奈川県川崎市)
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] 蘚類ヒメツリガネゴケの葉緑体にペプチドグリカンは存在するか (2014)
  • Author(s): 松下祐美・平野隆之・武智克彰・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 日本植物形態学会第26回大会
  • Place of Presentation: 明治大学(神奈川県川崎市)
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] 原糸体細胞が屈曲を示すヒメツリガネゴケ光呼吸関連遺伝子変異体pplrgB1の解析 (2014)
  • Author(s): 中原仁・武智克彰・佐藤博・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 日本植物形態学会第26回大会
  • Place of Presentation: 明治大学(神奈川県川崎市)
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] コケ植物におけるペプチドグリカンの葉緑体分裂への関与 (2014)
  • Author(s): 高野博嘉
  • Organizer: 第３回マトリョーシカ型生物学研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-13
• [Presentation] ヒメツリガネゴケ葉緑体分裂に関与するペプチドグリカン合成酵素ペニシリン結合タンパク質(PBP)複合体の解析 (2014)
  • Author(s): 松下祐美・武智克彰・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 第３回マトリョーシカ型生物学研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-13
• [Presentation] ヒメツリガネゴケの葉緑体分裂におけるD-アラニン-D-アラニンリガーゼおよびアラニンラセマーゼの機能解析 (2014)
  • Author(s): 平野隆之・武智克彰・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 第３回マトリョーシカ型生物学研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-13
• [Presentation] ヒメツリガネゴケ葉緑体分裂に関わるペプチドグリカン合成酵素ペニシリン結合タンパク質は葉緑体中で複合体として存在している (2014)
  • Author(s): 松下祐美・武智克彰・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 日本動物学会九州支部・九州沖縄植物学会・日本生態学会九州地区会・沖縄生物学会 合同沖縄大会
  • Place of Presentation: 琉球大学
  • Year and Date: 2014-05-24 – 2014-05-25
• [Presentation] ヒメツリガネゴケのグリコール酸/グリセリン酸トランスポーターPpLrgBの機能解析 (2014)
  • Author(s): 中原仁・武智克彰・滝尾進・高野博嘉
  • Organizer: 日本動物学会九州支部・九州沖縄植物学会・日本生態学会九州地区会・沖縄生物学会 合同沖縄大会
  • Place of Presentation: 琉球大学
  • Year and Date: 2014-05-24 – 2014-05-25