2018 Fiscal Year Research-status Report
NIMA関連キナーゼによる植物細胞の極性伸長制御機構の解明
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16K07403
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
本瀬 宏康 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (70342863)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 成長極性 / キナーゼ / 微小管 / シロイヌナズナ / ゼニゴケ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の伸長制御機構を明らかにするため、シロイヌナズナNIMA関連キナーゼ（NEK）ファミリー、ゼニゴケNIMA関連キナーゼ（MpNEK1）、その他の微小管関連遺伝子の解析を行った。
植物の細胞と器官の成長を協調させる機構として、メカニカルフィードバックが提唱されている。メカニカルフィードバックでは、成長や形態により生じる張力の方向に微小管が配向し、これが細胞や器官の成長を協調させる。シロイヌナズナNEK6は、張力に対する微小管の応答を抑制し、メカニカルフィードバックを介して細胞と器官の成長を制御することが明らかになった。シロイヌナズナnek6変異体は張力に過剰に応答し、微小管が張力方向に固定されやすい。その結果、局所的な成長のばらつきが増幅され、細胞や器官の成長方向が異常になる。NEK6タンパク質は極性をもって局在し、張力に最も応答して配向した微小管を脱重合する。これにより、張力応答が適度に抑制され、細胞や器官の成長のばらつきが緩和され、極性成長が可能になることを示した（論文投稿中）。
ゼニゴケMpNEK1は仮根の先端成長の方向を制御する（Otani et al. 2018）。この機構を明らかにするため、ライブイメージングにより微小管の動態解析を行ったところ、ゼニゴケMpnek1変異体では仮根先端の微小管の構造と動態が異常になることがわかった。また、MpNEK1タンパク質は、仮根先端の微小管に局在し、特徴的な動態を示すことが明らかになった。更に、ゼニゴケの微小管関連遺伝子を破壊して変異体を作出したところ、仮根の形態が異常になる系統や、葉状体の形態が異常になる系統が得られた。これらの変異体や、GFP融合タンパク質による相補株を用いて解析を進めた。
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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
シロイヌナズナNEK6がメカニカルフィードバックを介して、細胞と器官の成長を協調させることを明らかにした。シロイヌナズナnek6変異体の張力応答、微小管の配向応答を明瞭に示すことができた。更に、NEK6タンパク質が細胞の上下に極性をもって局在し、張力応答した微小管を脱重合するという驚くべき結果を得ることができた。これらの結果をまとめ、論文投稿を行った。
ライブイメージングにより、ゼニゴケMpnek1変異体の微小管異常、MpNEK1タンパク質の特徴的な動態を明瞭に示すことができ、仮根伸長における微小管の制御機構を明らかにした。また、ゼニゴケの微小管関連遺伝子について、仮根の形態が異常になる変異体、葉状体の形態が異常になる変異体を得ることができた。仮根の異常を示すものについては、微小管の動態とタンパク質の仮根先端への局在を明らかにしており、機能解析が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、シロイヌナズナNEKファミリーの解析を進め、多様な器官や細胞型におけるNEKの機能的な重要性を明らかにしたい。また、シロイヌナズナNEK6とゼニゴケMpNEK1によりリン酸化される基質を明らかにし、新規な微小管の制御機構を解明する。シロイヌナズナNEK6については、タンパク質分解に関わる領域や微小管に結合する領域を特定しており、発現量や局在を制御する分子機構についても研究を進め、上流の制御因子の特定を行う。
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| Causes of Carryover |
投稿中の論文の改訂、追加実験、国際共同研究の打ち合わせのため
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