2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of abscisic acid signaling pathway by chemical genetic analysis
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17H05009
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
岡本 昌憲 宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 助教 (50455333)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物ホルモン / アブシシン酸 / ケミカルバイオロジー / 乾燥ストレス / シグナル伝達 / コムギ / 寄生植物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物ホルモンであるアブシジン酸(ABA)の生理作用は植物種間に多数存在する PYR/PYLと呼ばれる受容体を介して、時空間的に様々な下流因子を介して引き起こされる。ストレス応答に関わるABAシグナル伝達因子の多くが明らかにされたが、ABAがどのように植物の成長を制御しているか明らかになっていない。本研究では、特定のABA受容体だけに結合し、特異的な組織に作用する新奇バイオプローブの開発や新しいABAアゴニストやタンタゴニストを開発し、それらを利用した化学遺伝学的解析により、植物の生長制御や環境応答に関わるABAのシグナル伝達機構の解明を目的としている。ABA受容体は、生化学的解析から単量体型 (サブクラスIとII)と二量体型 (サブクラスIII)に分類される。それぞれの受容体の機能を明らかにするために、ゲノム編集により、サブクラス別の多重変異株と全ての受容体変異株の作成を進めた。一方で、単量体型に選択的に作用するABAアゴニストASV化合物を用いて、ASV非感受性変異株の原因遺伝子を決定した。ゲノム編集により、原因遺伝子を破壊した変異株の作成を試みた結果、EMS変異株と同様の結果を得た。
また、非モデル植物におけるABAシグナル伝達の研究として、ABA受容体を過剰発現させたコムギが耐乾性に加えて節水性を有し、少ない水供給でも種子の生産が可能な性質を獲得していることを明らかにした。さらに、乾燥地で猛威を振るう難防除雑草ストライガはABAに対する感受性が低下しているが、この原因としてABA受容体の下流で働くタンパク質に異常があることが判明した。
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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
ABA受容体の生理的機能の解析: ABA受容体の生理機能を明らかにするために、シロイヌナズナに存在する14種のPYR/PYL受容体のうち、10種類の変異株を収集してきたが、他の受容体に対してはT-DNA変異株が存在しない。そこで、CRISPRを用いて、サブクラブ別の多重変異株の作成を試みた。今年度は、サブクラスIII に属するPYR1(0), PYL1(1), PYL 2(2), PYL3 (3)の4つをすべて破壊した0/1/2/3四重変異株の作成が完了した。また、サブクラスII に属するPYL4(4), PYL5(5), PYL6(6), PYL11(11), PYL12(12), PYL13(13)の6つをすべて破壊した4/5/6/11/12/13六重変異株の作成が完了した。サブクラスIに属する PYL7～PYL 10の4つを破壊した変異株とすべての受容体を破壊した変異株は、来年度中に作成が完了する見込みである。
非モデル植物におけるABAシグナル伝達研究: ABA受容体を過剰発現させたコムギが耐乾性に加えて節水性を有し、少ない水供給でも種子の生産が可能な性質を獲得していることを明らかにした。節水性の特性は、ルビスコ活性の上昇により、光合成効率が上昇したことが要因であることを明らかにした。さらに、アフリカで猛威を振るう難防除雑草ストライガの宿主からの養水分の奪取として、ストライガはABAに対して感受性が低下しており、葉からの蒸散量が盛んであることを利用して、宿主からの養水分奪取の効率を上げている。ABA感受性低下の原因として、ストライガのABAシグナル伝達経路のうち、ABAの下流で働く脱リン酸化酵素が特異に変化していることが、ABAの感受性の低下の原因であることを突き止めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ABA受容体の生理的機能の解析: サブクラス別の多重変異株とすべての受容体を破壊した変異株を作成し、表現型の解析を行うとともに、ABAシグナルを完全に欠如しているSnRK2三重変異株との比較を行い、受容体の機能を明らかにする。
ASV非感受性変異株の遺伝学的解析: 特定した遺伝子の過剰発現株を作成し、表現型の解析を行い、単量体型受容体の下流シグナル因子の機能を明らかにする。
非モデル植物におけるABAシグナル伝達研究: ストライガのABAシグナル伝達因子の特定を進め、ABA非感受性の原因がPP2Cのみに依存しているのかどうかを明らかにする。
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