2015 Fiscal Year Annual Research Report
細胞膜プロトンポンプの多様な生理機能と活性制御機構の解明
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15H04386
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
木下 俊則 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (50271101)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 植物 / 細胞膜プロトンポンプ / 光合成 / リン酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞膜プロトンポンプは、維管束植物の根での無機養分取り込み、篩部でのスクロース取り込み、気孔開口など多くの生理現象において重要な役割を果たしている。近年申請者らは、苔類ゼニゴケの細胞膜プロトンポンプが光合成に依存して活性化されること見出した（Okumura et al. Plant Physiol 2012）。さらにこの現象は、気生藻類である車軸藻植物門クレブソルミディウムや維管束植物シロイヌナズナの葉肉細胞においても観察されることを見出し、陸生植物に共通した普遍的な生理現象であることが明らかとなってきた。しかし、そのシグナル伝達や生理的意義は不明である。本研究では、進化的に保存された光合成に依存した活性化機構とその生理的意義を明らかにし、陸生植物における細胞膜プロトンポンプの多様な機能と活性制御機構を解明する。
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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）「光合成に依存した細胞膜プロトンポンプの活性化機構の解明」これまでに変異原処理したシロイヌナズナを用いた光合成に依存した細胞膜プロトンポンプの活性化に以上の見られる変異体のスクリーニングを進め、光照射によるリン酸化が抑制されている変異体１２系統と、暗所下ですでにリン酸化レベルの高まっている変異体８系統を単離した。そのうち一つの変異体の解析を重点的に進め、葉にスクロースが蓄積することでこの現象が引き起こされていることを明らかにした。また実際に、光照射によるプロトンポンプの活性化と良く一致して、植物の葉のスクロース含量が増加することを明らかにし、これらの結果を国際誌Plant Physiologyに発表した。
2) 「細胞膜プロトンポンプの複合体の解析」光合成に依存したプロトンポンプのリン酸化に伴う、プロトンポンプ複合体や周辺タンパク質のリン酸化レベルの変動解析を進めた。その結果、シロイヌナズナ細胞膜において１００を超えるタンパク質が光合成に依存してリン酸化レベルが変動することが明らかとなった。今後は、これら候補タンパク質の機能解析を進めていきたい。
3）「苔類ゼニゴケの細胞膜プロトンポンプの機能解析」これまで機能解析が全く行われていないゼニゴケの細胞膜プロトンポンプの機能解析を進めるため、植物体全体に普遍的に発現しているMpHA3、雄器托に特異的な発現の見られるMpHA7のCRISPR/Cas9システムによる遺伝子破壊株を作成し、解析を進め、MpHA7雄器床（雄器托の頭部）の形成に関与していることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度の研究により、光合成による細胞膜プロトンポンプの活性化の分子機構が明らかとなってきた。今後は、さらにその生理的意義の解析を進めるとともに、植物の陸上化における細胞膜プロトンポンプの生理機能について進化的な側面からも解析を行うために、車軸藻植物門クレビソルミディウムを材料にした解析も進めていきたい。
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[Journal Article] A flowering integrator, SOC1, affects stomatal opening in Arabidopsis thaliana.2015
Author(s)
Kimura Y, Aoki S, Ando E, Kitatsuji A, Watanabe A, Ohnishi M, Takahashi K, Inoue S, Nakamichi N, Tamada Y, Kinoshita T
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Journal Title
Plant & Cell Physiology
Volume: 56(4)
Pages: 640-9
DOI
Peer Reviewed
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