2017 Fiscal Year Annual Research Report
メチオニン生合成の個体統御と種子への蓄積制御の包括的解明
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16H05063
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Research Institution | Hokkaido University |
Principal Investigator |
内藤 哲 北海道大学, 農学研究院, 教授 (20164105)
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Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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Keywords | メチオニン生合成 / シロイヌナズナ / ミヤコグサ |
Outline of Annual Research Achievements |
シスタチオニンγ-シンターゼ(CGS)は,植物においてメチオニン生合成の鍵段階を触媒し,1980年代に行われた研究により,主要なフィードバック段階であることが報告されているが,その制御機構は未知であった。すでに,このフィードバック機構の一つとして,CGSをコードするCGS1遺伝子の発現段階で,メチオニンの代謝産物であるS-アデノシルメチオニン(SAM)に応答した翻訳停止とCGS1 mRNA分解による発現抑制を見出しているが,タンパク質レベルのフィードバックの可能性は否定されない。CGS1遺伝子は核にコードされるが,葉緑体に移行して機能する。したがって,葉緑体への移行段階と,葉緑体移行後のCGSタンパク質の安定性による,2つの段階でのフィードバック制御の可能性が考えられる。そこで,まず,メチオニン投与による細胞レベルでのCGSタンパク質の蓄積制御を解析した。用いる植物材料,栽培条件,およびタンパク質の抽出条件により,非特異的と思われるCGSタンパク質の分解が見られたため,これらの条件検討を進めた。その結果,さらに検討する必要はあるものの,メチオニン投与によってCGSタンパク質の蓄積が減少することが見出された。 メチオニンの毒性アナログ化合物であるエチオニンに体制を示すミヤコグサ変異株候補株の解析から,次世代で遊離メチオニンの蓄積が野生型株と同程度になっているものがあった。エチオニンは,調べられた限り全てのメチオニンを基質とする酵素において,メチオニンと間違えて使われると考えられているので,エチオニン処理によってメチオニンの生合成が誘導される可能性が考えられた。ミヤコグサのライフサイクル時間を考慮し,エチオニン耐性変異株候補株をなるべく多く単離することとし,栽培スペースを拡大して,候補株の単離を進めた。
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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
ウキクサを用いて1980年代に行われた生理・生化学的研究により,CGS酵素が触媒する段階は,メチオニン生合成の主要なフィードバック段階であることが明らかにされているが,その制御機構は未知であった。S-アデノシルメチオニンに応答した翻訳停止とCGS1 mRNA分解によるCGS1遺伝子の発現制御は,このフィードバック制御機構の分子実体として重要であるが,個体レベルでのメチオニン蓄積を統御するメカニズムを明らかにする上で,CGSタンパク質レベルでのフィードバック制御は重要であると考えられる。昨年度の研究で,その存在を示唆する結果,少なくとも,その解析を進める手立てを得ることができたのは,重要な進展であると考えられる。
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Strategy for Future Research Activity |
タバコでは,植物体レベルで本葉へのメチオニン投与の手法が確立しているが,タバコと同じ手法ではシロイヌナズナの生育に対する影響が生理学的に強すぎる。植物体を用いる手法,本葉の切片を用いる手法,あるいは液体カルス培養を用いる手法を検討し,CGSタンパク質の蓄積制御を解析する手法を確立する。シクロヘキシミドなどのタンパク質合成阻害材を用いた用いた解析で,細胞レベルでのフィードバック制御を明らかにするとともに,葉緑体移行段階でのフィードバック制御の可能性を解析する。
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