2018 Fiscal Year Research-status Report
ムギネ酸類・ニコチアナミン分泌を介した鉄移行と鉄恒常性維持の分子メカニズムの解明（国際共同研究強化）
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15KK0286
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| Research Institution | Meiji Gakuin University |
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Principal Investigator |
野副 朋子 明治学院大学, 教養教育センター, 講師 (90590208)
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| Project Period (FY) |
2016 – 2019
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| Keywords | 鉄 / ムギネ酸 / ニコチアナミン / イネ科植物 / 石灰質土壌 / 鉄欠乏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ムギネ酸類は、土壌中から必須元素である鉄を獲得するためにイネ科植物が根から分泌する三価鉄キレーターである。ムギネ酸類はその前駆物質であるニコチアナミン（NA）とともに、植物体内や細胞内の鉄の移行や輸送も担う。また、植物体内における鉄欠乏シグナル伝達物質として鉄恒常性維持にも関与すると考えられ注目されている。申請者はムギネ酸類とNA分泌を担うトランスポーター、ＴＯＭ・ＥＮＡを単離・同定した。また、ムギネ酸類生合成経路で働く酵素の一つであるNA合成酵素遺伝子OsNAS2とsGFPとの融合遺伝子を導入したイネを作出し、OsNAS2-sGFP融合タンパク質が細胞内において顆粒状に局在することを見出した。本国際共同研究はドイツの研究者が開発した最先端の実験手法を用いてOsNAS2-sGFP導入イネを用いたムギネ酸類・NAを介した鉄恒常性維持機構の解析と、TOM1やENA1に相同性の高い遺伝子群TOM・ENAファミリーの機能解析を行う。
Ｈ３０年度は、Ｈ２９年度にドイツの研究機関で習得した鉄と結合していないフリーの状態のムギネ酸やNA含量を測定する技術と、ニコチアナミン合成酵素を導入したsaccharomyces pombeを用いて安定同位体窒素15Nで標識したNA（15N-NA）の合成・精製技術を日本においても確立することを目指して予備実験を行った。さらに、ドイツLeibniz Institute of Plant Genetics & Crop Plant Research (IPK)のvon Wiren教授の研究チームに滞在時に解析を続けたニコチアナミン排出型トランスポーターENA1の植物体内における生理機能についての実験結果をまとめ、投稿論文として発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2018年度は、ドイツで行った研究を踏まえて、日本において新しい実験系の立ち上げを行い、国際共同研究を引き続き行う予定であった。しかしながら4月にたこつぼ型心筋症を発症し、入院をせざるを得ない状況となった。また、本疾病は、退院後すぐに回復するものではなく、経過観察を行う必要があり、生活の見直しをする必要が生じた。さらに、7月には台湾での国際学会参加中に急な呼吸困難から救急搬送をされ、過労との診断を受けた。これらのことから、休息に十分な時間を当てる必要が生じ、２０１８年度の実験計画に大幅な遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
IPKで行ったESI-MS/MS法では、金属と錯体と形成していないフリーの状態のムギネ酸類・NAを測定することができた。一方で、鉄と錯体を形成したムギネ酸類・NAは標品がないため、検量線をひけないという問題点がある。また、植物体内ではムギネ酸類・NAは鉄だけでなく亜鉛やマンガンなどの他の金属とも錯体を形成するが、金属種の違いでの分子量の差が微小であり、通常のMSでは分離できない。ただ、本申請研究では、植物体内に存在する鉄含量に対してムギネ酸類やNA含量が多くなった場合には、鉄と結合していないフリーの状態のムギネ酸やNAの割合が増加し、これらの存在量が植物の鉄感知に関与している可能性を評価することを目指している。従来のHPLC法では金属との錯体の形成状態に関わらず、ムギネ酸類・NAの全量を測定していると考えられる。そこで、同サンプルをESI-MS/MS法、HPLC法で測定することにより、フリーの状態のムギネ酸類・NAの存在量が鉄含量により変化するか検討する予定である。
バイロイト大学では15N-NAの合成方法を習得した。今後は合成した15N-NAを精製する方法を検討する。また、同手法を用いた15N-デオキシムギネ酸（DMA）の合成も検討したい。合成した15N-NA や15N-DMAはNanoSIMSに応用し、植物体内及び細胞内におけるムギネ酸類・NAの局在を可視化する方法の開発を行う。また、GFP-AtNAS1融合タンパク質が細胞内で顆粒状に局在していたことから、分裂酵母においてもNAが何らかの小胞で合成される可能性が示唆される。この顆粒と金属栄養との関係を、GFP-AtNAS1融合タンパク質の発現パターン変化を調べることにより解析したいと考えている。
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