2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction |
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| Project/Area Number |
16H06468
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
上口 美弥子 (田中美弥子) 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 准教授 (70377795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松岡 信 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (00270992)
渡邉 信久 名古屋大学, シンクロトロン光研究センター, 教授 (70212321)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | ジベレリン / 植物の生殖過程 / 構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物ホルモンジベレリン（GA）は、核内受容体GID1により受容され植物の成長を促す。申請者らが、シダ植物の造精器誘導がこのGID1-GAシステムを介することを明らかにしたように（Science 2014）、GAは元来、生殖ホルモンとして機能していたと考えられる。さらに、我々はシダと被子植物GID1の構造を比較し、GID1とGAの共進化を提案した（Nature 2008）. また、GAの不活化と合成酵素との間においては、生殖過程における進化的軍拡競争が起きていることが予想された。以上の研究背景に基づき、我々はシダから被子植物までの様々な進化段階におけるGID1とGAおよび、GA不活化・合成酵素について構造と活性の相関を調べ、共進化の分子機構を解析する。そのために、(1)シダから種子植物までの様々な進化段階におけるGID1受容体と多様なGA分子種との構造や結合特性の解析(2) GAの合成・不活化酵素の結晶化と解析(3)DELLAタンパク質の構造解析(4) 生殖関連アソシエーション解析、を行う。
本年度は、（１）に関し、双子葉植物におけるGID1の進化について詳細に解析した。ビアコアを用いた新しい測定方法により、よりin vivoに近いGA結合活性測定が可能となった。その結果、双子葉植物の登場とともに生じたあるタイプのGID1受容体が、その後の様々な双子葉植物の高感度GID１受容体の原型となり、双子葉植物の多様なGA応答を可能にしたことを明らかにした。（２）GA2酸化酵素と３酸化酵素の精製と結晶化ができているので構造解析を行っている。また、GA3酸化酵素１に関しては、特にイネの花粉、花糸、鱗被に特異的に発現しているノックアウト変異体の表現型調査（４）生殖関連アソシエーション解析により、ジベレリンシグナル伝達に関連する新たな因子SPYの発現が変化した品種を見出した。
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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
（１）ビアコアを用いた新しい測定方法により、よりin vivoに近いGA結合活性測定が可能となった。このことは、GID1とリガンドの関係を詳細にみることが可能になったことを意味し、その意義は大きい。また、受容体の感受性を調べた結果、双子葉植物の登場とともに生じたあるタイプのGID1受容体が、その後の様々な双子葉植物の高感度GID１受容体の原型となり、双子葉植物の多様なGA応答を可能にしたことは、予想外の結果であった。本研究成果の論文を作成している。（２）特にイネの花粉、花糸、鱗被に特異的に発現しているGA3酸化酵素１ノックアウト変異体の表現型を詳細に調べ、本酵素が雄性生殖の様々な過程で重要な機能を果たすことを明らかにした。また、表現型と構造との関係についても明らかにしつつあり、順調に進展している。（４）生殖関連アソシエーション解析により、ジベレリンシグナル伝達に関連する新たな因子SPYの発現が変化した品種を見出したことは、予想以上の進展であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)シダから種子植物までの様々な進化段階におけるGID1受容体と多様なGA分子種との構造や結合特性の解析については、論文作成を行う。(2) GAの合成・不活化酵素の結晶化と解析に関しては、GAの不活化酵素が基質依存的多量化を示唆する結果が出ているので、その点についてさらに研究を進める。(3)DELLAタンパク質の構造解析、DELLA蛋白質は、当研究室での先行研究により、IDD蛋白質と複合体を形成し、転写活性化複合体としてフィードバックに関連する遺伝子の遺伝子発現に関連していることが明らかになっている。複合体の安定な共結晶が構造解析に重要であると考えられるため、DELLA-IDD複合体の構造解析を進める。(4) SPYのリコンビナント蛋白質を作出し、活性測定によりイネのSPYであることを確認するとともに、ジベレリンシグナル伝達における役割を明らかにする。
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[Journal Article] Small Organ Size 1 and Small Organ Size 2/Dwarf and Low Tillering form a Complex to Integrate Auxin and Brassinosteroid Signaling in Rice.2017
Author(s)
Hirano, K., Yoshida, H., Aya, K., Kawamura, M., Hayashi, M., Hobo, T., Sato-Izawa, K., Kitano, H., Ueguchi-Tanaka, M., Matsuoka, M.
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Journal Title
Molecular plant
Volume: 10
Pages: 590-604
DOI
Peer Reviewed
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