2017 Fiscal Year Annual Research Report
Endomembrane-mediated organ straightening and defense in plants
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15H05776
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
西村 いくこ 甲南大学, 理工学部, 教授 (00241232)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶋田 知生 京都大学, 理学研究科, 講師 (20281587)
田村 謙太郎 京都大学, 理学研究科, 助教 (40378609)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞内膜系 / 小胞体 / 細胞核 / 環境応答 / 機械刺激応答 / ERボディ / 化学防御応答 / 植物微生物相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞内膜系（主に小胞体）の動態から，植物の環境応答能力と虫害応答能力の研究を行い，下記の成果を得た．
研究課題（１）環境応答調節を担うStraightening機構：Straighteningに必須な因子として前年度に同定したMyosin結合因子（MyoB）の４つのホモログ遺伝子を欠損したシロイヌナズナ変異体は，これまでに単離した因子（Actin, Myosin XIF, Myosin XIK, ABCB19）の欠損変異体と同様，Straightening異常を引き起こすだけでなく，Straighteningの司令塔細胞（伸長中の繊維細胞）の原形質流動を顕著に抑制することがわかった．以前，原形質流動の原動力がActin-MyosinXI依存的な小胞体流動であることを示してきた．Straighteningは器官の屈曲という機械刺激によって引き起こされることから，機械刺激の受容から器官屈曲の抑制に至る過程に小胞体に駆動される原形質流動が関与していることが示唆された．
研究課題（２）虫害防御応答能力を支える忌避物質生産型防御機構：昆虫（ハエ）の嗅覚を介した摂食行動実験系を確立し（神戸大学尾崎まみこ研究室との共同研究），野生型シロイヌナズナ由来の揮発性物質が接触行動を抑制すること，一方，小胞体由来のERボディの形成不全変異体nai1やERボディ集積酵素β-glucosidase欠損変異体に由来する揮発性物質にはその効果が見られなかった．即ち，ERボディ防御系は，揮発性物質の生産により昆虫による被害を抑えていることがわかった．
研究課題（３）小胞体のオルガネラ派生能力機構：前年度に発見した２つの小胞体由来のオルガネラ（LNPボディとSEボディと命名）の機能解析を行った．環境や生育段階に対応して様々なオルガネラを派生させる小胞体の柔軟性の理解を目指すため，これを独立した研究課題（３）とした．
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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
研究課題（１）環境応答調節を担うStraightening機構では，主要な実験材料としてモデル植物シロイヌナズナの栽培が必須である．初年度（平成27年度）は，研究代表者の所属機関である京都大学の植物栽培室を利用して研究は順調に進展した．しかし，平成28年度4月の研究代表者の移籍に伴い，シロイヌナズナの突然変異体や形質転換体を京都大学から甲南大学理工学部の栽培室に移したところ，原因不明の深刻な植物の生育不良（栽培途中での枯死，植物体が脆弱，成長が遅い，種子が稔らない，など）が起こった．この栽培室は，前年度まで菌類の栽培に利用されていた．Straightening研究では，長期間成長させた健全な植物体が必須となるが，突然変異体の確立とマーカーを導入した形質転換体の作製が困難となり，研究に若干の遅れが生じた．平成29年度は，植物栽培室の利用は断念して，人工培養機を新たに設置して対処したが，実験に必要な個体数の確保が難しい状態が続いた．この状況下でも，Straightening能力低下を示す変異体を複数得ることができたことから，分子機構の解明に向けて研究を進めることができた．
研究課題（２）虫害防御応答能力を支える忌避物質生産型防御機構では，培地で生育させた幼植物体が実験対象であったことから，上記の植物栽培室の不具合の影響は受けることなく研究を進めることができた．ハエを用いた新たな実験系を確立できたことも，動物の側からの研究への発展に繋がった．
研究課題（３）小胞体のオルガネラ派生能力機構：小胞体由来の２つのオルガネラの発見をベースに，新たな課題として独立させた．
上記のとおり，研究課題（１）では植物栽培の問題のため多少の研究の遅れがあったが，研究課題（２）では予想以上の進展があり，また研究課題（３）では小胞体動態に関する発見があったことから，研究は順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の３つの研究課題を発展させ，細胞内膜系動態が支える植物の高次の機能解明を目指す．
研究課題（１）環境応答調節を担うStraightening機構：植物栽培問題の解決策として，植物栽培室を解体し，培養器を増設した．しかし，培養器では栽培スペースに限りがあり，Straightening解析に適した植物体を多数取得することは困難であった．従って，培養器で多数の個体を確保するため，幼植物体を用いたStraightening実験系の確立を並行して行う計画である．これが実現できれば，さらなるStraightening異常変異体の取得が容易になる．今後は，関連因子の同定を進め，それぞれの機能解析を通して，Straighteningにおける器官屈曲の感知（深部感覚）と屈性調節制御（細胞のブレーキ発動）の２つの素過程の分子機構の解明を目指す．
研究課題（２）虫害防御応答能力を支える忌避物質生産型防御機構：当初の予定どおり研究は進められている．昆虫の嗅覚を介した摂食行動からER bodyの生理学的機能を解析するための実験系を駆使して，植物－昆虫間の化学的相互戦略の進化に視点を置き，毒性物質シアンを放出する祖先型化学防御機構からの化学防御の進化の理解を目指す研究を進める．
研究課題（３）小胞体のオルガネラ派生能力機構：小胞体由来の新規のオルガネラ（SEボディとLNPボディ）を発見したことを受けて，これらのオルガネラの解析により，環境や生育段階に対応して様々なオルガネラを派生させる小胞体の能力の理解を通して，細胞内膜系動態が支える植物の環境応答能力の解明につなげたい．
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Research Products
(39 results)
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[Presentation] 小胞体タンパク質HIGH STEROL ESTER 1によるステロール恒常性維持機構2019
Author(s)
島田貴士,嶋田知生,岡咲洋三,東泰弘,斉藤和季,桑田啓子,小山香梨,加藤美砂子,高野義孝, 上田貴志,中野明彦,上田晴子,西村いくこ
Organizer
第60回日本植物生理学会年会
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