2019 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, 准教授 (50455333)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アブシシン酸 / 植物ホルモン / 受容体 / アゴニスト / アンタゴニスト / シロイヌナズナ / コムギ / 乾燥ストレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物ホルモンであるアブシシン酸(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、今年度ついに様々な組み合わせの受容体変異株の作成が完了した。
一方で、ABA受容体に結合する分子群のバーチャルスクリーニングを利用して、ABA受容体の全てに対してパンアゴニスト活性を有する3CB分子の開発に成功した。3CBはシロイヌナズナとコムギに対してABAと同等かあるいは若干強いABA活性を有する性質を示した。さらに、3CBを改変させ、サブクラスIII受容体に対して親和性を強化した分子のオパバクチンは、サブクラスI受容体に対してのアゴニスト活性は消失したものの、シロイヌナズナとコムギにおけるABA活性が向上して、本来のABAの約10倍強い生理活性を示した。この強い活性は、シロイヌナズナのサブクラスIII受容体変異株ではオパバクチンの効果がほとんど消失することから、双子葉植物の単子葉植物の主要なABAの生理応答がサブクラスIII受容体を介して引き起こされている事が明らかとなった。
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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行ってきた。今年度までで、サブクラスI, II, IIIごとに遺伝子を破壊した変異株シリーズの作成が完了した。さらに、単量体型受容体であるサブクラスIとIIを全て欠失した変異株の作成も完了した。そして、ABA受容体の全てを欠損した変異株の作成にも完了した。
■ABA受容体アゴニストの開発: ABA受容体に結合する分子群のバーチャルスクリーニングを利用して、ABA受容体の全てに対してパンアゴニスト活性を有する3CB分子の開発に成功した。3CBはシロイヌナズナとコムギに対してABAと同等かあるいは若干強いABA活性を有する性質を示した。さらに、3CBを改変させ、サブクラスIII受容体に対して親和性を強化した分子のオパバクチンは、サブクラスI受容体に対してのアゴニスト活性は消失してサブクラスIIとIIIの選択的なABAアゴニストになったものの、シロイヌナズナとコムギにおけるABA活性が向上して、ABAの約10倍強い生理活性を示した。また、シロイヌナズナのサブクラスIII受容体変異株ではオパバクチンの効果がほとんど見られないことから、双子葉植物の単子葉植物の主要なABAの生理応答がサブクラスIII受容体を介して引き起こされている事が明らかとなった。
■選択的アゴニストASV非感受性変異株の遺伝学的解析: ASVは、ABA受容体のサブクラスIのみに作用する新奇のABAアゴニストである。このASVを利用して非感受性を示す変異株の単離に成功し、原因遺伝子を特定してきた。特定した遺伝子をゲノム編集により表現型の確認を実施した。
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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の表現型の解析を行うとともに、ABAシグナルに関わるSnRK2の三重変異株と浸透圧ストレス応答に関与するSnRK2を組み合わせた十重変異株との比較解析行い、受容体の機能と浸透圧ストレスとの関係を明らかにする。
■選択的アゴニスト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。
■ABA受容体に対するアンタゴニスト開発: オパバクチンを改変して、双子葉植物と単子葉植物の両者に効果のある、強力なアンタゴニストの開発を試みる。
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Research Products
(13 results)
