2014 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of enhanceosome that regulates plant growth
| Project Area | Integral understanding of the mechanism of transcription cycle through quantitative, high-resolution approaches |
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| Project/Area Number |
24118004
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
高橋 陽介 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90183855)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 転写 / 植物 / 発現制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の成長は遺伝的プログラムと外部環境により制御されている。転写因子複合体は内外の様々な刺激に応じて構成要素や修飾状態をダイナミックに変動させながら、遺伝子発現のパターンを決定する。本研究では光などの外部情報とジベレリン（GA）などの内部情報が、いかにして転写複合体の再構成・修飾により遺伝子発現を制御するのかを解明する。GAと環境刺激の信号伝達のクロストークの分子的実体を、転写因子複合体の再構成・修飾と捉え、転写サイクルにおける複合体の機能と動態の解析を目的とする。
GA信号伝達の負の制御因子として同定されたDELLAは、複数の信号伝達経路のノードである。DELLAの生化学的な機能は不明であった。我々はDELLAが転写因子のコアクティベーターとして機能することを明らかにし、さらにDELLAの結合因子として新たに転写因子GAF1を同定した。本年度はGAF1-DELLA複合体の標的遺伝子を同定するために、GAF1の発現を誘導可能な形質転換体を作製した。この形質転換体では植物には存在しないエストロゲンの投与によりGAF1の発現を10倍まで増加させることができる。次年度以降、これを用いてGAF1の標的遺伝子を探索する
分子遺伝学的解析からSPYはGA信号伝達の抑制因子であり、DELLAの機能を促進することが示唆されていた。SPYはGlcNAc化酵素であると予想されたが、その証明は無く標的タンパク質も不明であった。ヒトのゲノムにはGlcNAc転移酵素遺伝子は一コピーしか存在しないが、シロイヌナズナにはSPYの他にもう一つGlcNAc転移酵素をコードすると思われるSECが存在する。SPYとSECの相同性は高く、SECもSPYと同様の機能をもつと考えられた。ところが我々がSPYとSECの機能欠損変異体を詳細に解析したところ、spyは徒長形質を示したのに対し、secは逆に矮性の形質を示した。
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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
これまでSPYとSECの相同性は高く、またspy sec二重変異体が致死性を示したことから、SPYとSECの機能は重複すると考えられていた。ところが我々がSPYとSECの機能欠損変異体を詳細に解析したところ、spyは徒長形質を示したのに対し、secは逆に矮性の形質を示した。この結果はSPYとSECがGAに関する転写制御において、互いに相反する機能をもつことを示唆している。また転写因子RSGをリン酸化し14-3-3との結合を促進するカルシウム依存性タンパク質リン酸化酵素NtCDPK1は基質であるRSGだけでなく14-3-3とも直接結合することが示された。今年度、GA処理によりNtCDPK1がリン酸化されることを見出した。さらにin vitroの解析からNtCDPK1がカルシウムにより自己リン酸化されることが明らかになった。CDPKは分子内にカルシウム結合部位をもつセンサー型キナーゼである。したがってNtCDPK1の自己リン酸化はカルシウムを介する信号伝達の初発反応と考えられる。興味深い知見が得られているので、全体としての達成度はほぼ順調と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
我々は、DELLAが転写因子AtRSGやZnフィンガー型転写因子GAF1と複合体を形成しコアクティベーターとして機能することを明らかにした。この転写複合体はGAだけでなく様々な環境刺激に応答して遺伝子の発現を制御すると考えられる。次年度はGAF1の発現を人為的に誘導可能な形質転換体を用いて、ChIP-seqとmRNAの3’タグプロファイリングによって植物の成長を制御する未知の遺伝子を探索する。候補となる遺伝子の発現が、直接GAF1複合体で制御されるか調べる。候補遺伝子の機能欠損変異体の表現型を解析し、栄養成長、花成などへの影響を調べる。
RSGをリン酸化しRSGと14-3-3との結合を促進するキナーゼNtCDPK1はカルシウムにより活性化されると自己リン酸化される。キナーゼの活性化では触媒領域内アクティベーションループの自己リン酸化が引き金となることが多い。ところがCDPKのアクティベーションループ内の該当アミノ酸は進化の過程でGluまたはAspに置換されていることからCDPKのアクティベーションループは既に活性化状態にあり、自己リン酸化部位は別に存在すると考えられる。質量分析によりNtCDPK1の自己リン酸化部位を明らかにして、自己リン酸化の生理的意義を明らかにする。
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[Journal Article] DELLAs function as coactivators of GAI ASSOCIATED FACTOR1 in regulation of GA homeostasis and signaling in Arabidopsis2014
Author(s)
Fukazawa, J., Teramura, H., Murakoshi, S., Nasuno, K., Nishida, N., Ito, T., Yoshida, M., Kamiya, Y., Yamaguchi, S. and Takahashi, Y.
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Journal Title
Plant Cell
Volume: 26
Pages: 2920-2938
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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