2015 Fiscal Year Research-status Report
植物生殖器官の発達に関わる細胞内小胞輸送因子の機能解析
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15K07109
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
中川 強 島根大学, 総合科学研究支援センター, 教授 (30202211)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 花粉 / シロイヌナズナ / 小胞輸送 / 生殖器官 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生殖器官の形成は生物種の存続に必須な重要イベントである。申請者は植物の生殖器官形成の分子メカニズムをあきらかにするため、モデル植物であるシロイニナズナの稔性低下変異体（種子ができず、さやが大きくならない）の探索を行い、花粉表層の構造が異常となり稔性が低下する新規変異体を見出した。さらに同変異の原因遺伝子として、小胞体からの小胞出芽に働くSec31のホモログ（AtSec31A）を同定し、細胞内小胞輸送が花粉形成に深く関わっていることを示した。小胞体からの小胞出芽には、Sec31と共にSec13、Sec23、Sec24タンパク質が働くことが知られている。申請者らはまずSec24ホモログに着目し、3種類のシロイニナズナホモログ（AtSec24A、AtSec24B、AtSec24C）のAtSec24B変異体で花粉発芽率が低下し、AtSec24Bと24Cの二重破壊で雌雄それぞれの配偶体の発達が途中で停止することを明らかにした。次いでSec24ホモログの研究に着手した。シロイヌナズナにはSec24ホモログが7種（AtSec24A – 24G）存在しているが、AtSec23Fと23Gの2重破壊で花粉の表層構造が異常になることを見出した。これはAtSec31A変異の表現型と類似しており、花粉形成に必要な因子の輸送がAtSec31A、AtSec23F、AtSec23Gに依存していることが示された。
さらに申請者らは花粉表層構造に異常が生じた変異体を多数単離し、それら原因遺伝子の探索を行った。その結果、輸送体や膜受容体などの遺伝子が見出された。これらは花粉表層の材料を輸送し、その構造形成の制御に働く因子と考えられる。AtSec31、AtSec23遺伝子の変異によりこれら因子の細胞内輸送が正常に行えなくなるため、花粉表層異常の表現型が出現することが考えられた。
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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
シロイヌナズナに存在する7種のAtSec23ホモログについて、数多くの二重破壊の組み合わせを作製し、明瞭な花粉表現型を示す組み合わせを見出すことができた。この二重破壊株について、透過型電子顕微鏡により花粉発達の詳細な観察を行い、異常が生じる時期を特定することができた。
さらに申請者は、走査型顕微鏡により花粉の構造が異常となる変異体のスクリーニングを行い、花粉表面の網目構造が粗くなる変異体、網目構造がなくなる変異体、網目構造が浅くなる変異体などを多数単離した。これらについて次世代シークエンサーによる解析を行ったところ、機能未知のトランスポーター、膜受容体遺伝子が原因遺伝子として浮かびあがってきた。AtSec23Fと23Gはこれらトランスポーターや膜受容体の輸送に関わっていることが推察され、花粉形成における小胞輸送の働きを解明する鍵と考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
走査型電子顕微鏡スクリーニングによって得られた花粉構造変異体について、次世代シークエンサー解析で見出された候補遺伝子が正しい原因遺伝子であるか、確認を行う。その後、これら原因遺伝子にコードされるタンパク質について、AtSec31A破壊株、AtSec23F&G二重破壊株での細胞内局在や蓄積を調べ、花粉構造形成におよぼす影響との関連を明らかにする。また、AtSec23FやGと候補遺伝子タンパク質との相互作用解析も行う。候補遺伝子として機能未知のトランスポーターや膜受容体が得られている。トランスポーターについては、輸送物質の同定を心ミス。花粉表層の成分であるスポロポレニンを輸送しているか検証を行う。膜受容体については、何らかの信号分子を受容していると考えられるため、信号物質の探索を進める。候補遺伝子の中には花粉表層成分の合成に関わる酵素の遺伝子も含まれていた。これら酵素の局在・蓄積がAtSec31A破壊株やAtSec23F&23G破壊株でどのようになっているか、解析を行う。
以上の研究により、花粉形成において小胞輸送によりどのような因子が輸送されることが必要か調べ、花粉形成の分子メカニズムの解明を進める。
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| Causes of Carryover |
本研究課題では花粉の形態を調べる必要があり、植物を栽培して開花後に観察を行っている。当該年度に観察およびオリゴDNAを用いた解析を行う予定であったが、植物の生長が若干遅れたために実施できず、オリゴ購入費が次年度使用額となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の植物は若干生育が遅れているものの順調に成長しており、翌年度の初旬には開花する見込みである。開化後は観察を行い、次年度使用額によりオリゴDNAを購入して当初計画の解析を行う。
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| Remarks |
研究を遂行するために開発を行ってきた植物用ベクターの情報を掲載
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[Journal Article] The tyrosine-sorting motif of the vacuolar sorting receptor VSR4 from Arabidopsis thaliana, which is involved in the interaction between VSR4 and AP1M2, mu1-adaptin type 2 of clathrin adaptor complex 1 subunits, participates in the post-Golgi sorting of VSR42016
Author(s)
Nishimura K., Matsunami E., Yoshida S., Kohata S., Yamauchi J., Jisaka M., Nagaya T., Yokota K. and Nakagawa T.
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 80
Pages: 694-705
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] New Gateway-compatible vectors for high-throughput protein-protein interaction analysis by a bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assay in plants and their application to a plant claghrin structure analysis2015
Author(s)
Nishimura K., Ishikawa S., Matsunami E., Yamauchi J., Homma K., Faulkner C., Oparka K., Jisaka M., Nagaya T., Yokota K. and Nakagawa T.
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 79
Pages: 1995-2006
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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