2015 Fiscal Year Research-status Report
植物と昆虫に共通した共生戦略分子としてのシステインリッチペプチドの機能
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15K14899
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
内海 俊樹 鹿児島大学, 学術研究院理工学域理学系, 教授 (20193881)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ブフネラ / アブラムシ / 共生 / システインリッチペプチド / マメ科植物 / 根粒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、アブラムシ体内のバクテリオサイトとよばれる共生器官に存在するシステインリッチペプチド（バクテリオサイト特異的システインリッチペプチド＝BCR）が、細胞内共生細菌であるブフネラとの共生に必須かどうかを明らかにすることを目的としている。本研究では、ふたつのサブテーマを展開しており、本年度の実績は、次のとおりである。
１．BCRの生理活性の解明
エンドウヒゲナガアブラムシのゲノム情報に基づき、7種のBCRのうち6種について合成に成功した。１種については、アミノ残基数が多く、合成を断念した。大腸菌MG1655株を被験菌株としてそれぞれのBCRの抗菌活性を検討したところ、BCR1、BCR３、BCR5に強い抗菌活性が見いだされ、その活性は、濃度依存的であった。BCR添加後の菌体をセルソーター、及び、蛍光顕微鏡で解析したところ、BCR4を除く全てのBCRに、分裂阻害活性、及び、膜の選択透過性を変化させる活性があることが示唆された。一方、大腸菌のbacA変異株は、BCRに耐性を示した。
２．BCR が共生に必須な分子であることの証明の試み
連携研究者である基生研・重信博士との共同研究により、抗BCR3抗体と抗BCR6抗体で、それぞれの所在を検討した。その結果、いずれのBCRもバクテリオサイト特異的に局在していること、また、それぞれのBCRごとにバクテリオサイト内部での局在位置に違いがあることが判明した。
これらの結果は、BCRはバクテリオサイトにのみ存在し、ブフネラに直接作用して増殖を制御することにより、共生の成立に関与していることを示唆している。また、BCR3とBCR６では、バクテリオサイト内部での局在位置に違いがあることから、BCRには、機能的多様性があることも予想される。bacA変異株に関する知見は、BCRの作用機構の解明に繋がる可能性があり、慎重に検討を続ける必要がある。
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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
二つのサブテーマとも、ほぼ計画どおり順調に進行し、大腸菌に対するBCRペプチドの生理活性、及び、アブラムシ体内での所在に関する重要な知見が得られた。加えて、大腸菌のbacA変異株が、BCRペプチドの抗菌活性に対して耐性である可能性を見いだした。これは、BCRの作用機構を解明するための重要な手がかりである。
BacAタンパク質は、細胞膜に存在するトランスポーターと予想されている。一方、マメ科植物では、根粒特異的なシステインリッチペプチド（NCR）が根粒菌との共生成立に必須であることが知られているが、NCRの作用には、根粒菌の細胞膜に存在するトランスポーターであるSmbaタンパク質が関与していることが明らかとなりつつある。Smbaタンパク質と類似したトランスポーターは、大腸菌MG1655株にも存在しており、その変異株のBCRに対する表現型は、非常に興味が持たれるところである。当初の計画では、被検菌株として、大腸菌に加えてカメムシの共生細菌であるバークホルデリアを使用する予定であった。しかしながら、BCRの作用機構に関する情報は重要であり、まずは、bacA遺伝子とsmba遺伝子の変異株に関する知見を得ることを優先した。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的な推進方策に変更はないが、平成27年度の研究成果に基づき、ふたつのサブテーマのうち「１．BCRの生理活性の解明」については、方法に修正を加えて遂行する。「２．BCRが共生に必須な分子であることの証明の試み」は、RNAiによって、生体内でのBCRの機能の解明を試みる取り組みであり、当初の計画どおりに遂行する予定である。
「１．BCRの生理活性の解明」では、平成28年度以降、BCRの作用点及び表的分子の同定を試みることにしている。その方法についての修正点は、次のとおりである。本研究の申請時は、蛍光標識BCR、及び、タグ付き組換えBCRと親和性のあるブフネラ菌体成分の分離・同定、あるいは、抗BCR 抗体にて共沈する菌体成分の分離・同定を試み、BCRの標的分子を同定する計画であった。しかし、この方法では、非特異的な相互作用を排除することがでず、真の標的分子の同定は困難であることが予想される。平成27年度の研究により、BCRの抗菌活性には、細胞膜のトランスポーターが関与している可能性が示された。そこで、BCRの標的分子として大腸菌の２種のトランスポーターに対象を絞り、それぞれの組換えタンパク質とBCRとの相互作用などを解析し、基礎情報を得ることにする。同時に、ブフネラのトランスポーターの中から候補遺伝子を選抜し、大腸菌より得られた基礎情報を活用しつつ、BCRの標的分子としての可能性を検討する。
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