2018 Fiscal Year Research-status Report
クロロフィル分解により誘導されるジャスモン酸を介した核の遺伝子発現制御
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17K07430
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
伊藤 寿 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (50596608)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | クロロフィル分解 / 老化 / シロイヌナズナ / ポプラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、クロロフィルの分解が核の遺伝子発現を制御し、その過程にジャスモン酸がかかわっていることを明らかにすることである。光合成色素であるクロロフィル分子は、中心金属としてMgを持つ。クロロフィルの分解はこのMgの脱離から始まる。我々はこの反応をStay-Green（SGR）が行うことを以前報告した。デキサメタゾン（DEX）で処理することによりSGRが誘導されるシロイヌナズナの形質転換体を作製した。これを利用し、DEXによりSGRを誘導するとクロロフィルが分解されるとともに、老化関連遺伝子が発現することが示された。さらにこの時、ジャスモン酸とエチレンが合成されることが明らかになった。
今年度は、１）ジャスモン酸の詳細な解析、２）ポプラの形質転換体の利用、３）SGR欠損株の解析を行った。
１）ジャスモン酸は活性があるのはイソロイシンが結合した分子である。このジャスモン酸-イソロイシンを定量したところ、クロロフィル分解に伴って生理的に効果がある程度の濃度蓄積することが示された。
２）これまでシロイヌナズナを材料としてきたが、ポプラを使いDEXでSGRが誘導される形質転換体を作製した。ポプラは落葉樹なので、シロイヌナズナとは異なり落葉に対するクロロフィル分解の効果を調べることができる。
３）シロイヌナズナはSGR遺伝子を3つ持つ。これらすべて破壊した多重変異体を作製し、色素や光合成装置の分解、および遺伝子発現の解析を始めた。野生株と比較して、クロロフィルや光合成装置の分解が、老化後期において顕著に抑制されることが示された。
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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
本研究の中心的な課題として、クロロフィル分解とジャスモン酸合成の関係の解明がある。ジャスモン酸の前駆体である遊離リノレン酸の量がジャスモン酸と相関があることが知られているので、当初は遊離リノレン酸をガスクロマトグラフィーにより定量する予定であった。しかし正確な定量が困難であったことから、安定同位体と質量分析器を利用し、ジャスモン酸を直接定量するように計画を変更した。その結果クロロフィル分解に伴いジャスモン酸が合成されることを示した。しかし、生体内で活性があるのはジャスモン酸ではなく、イソロイシンが結合したものである。今年度、活性型のイソロイシンが結合したジャスモン酸の増加も確認できたことは、課題解決に向けての重要な進捗であると考えられる。
昨年度は、クロロフィル分解を誘導した時の遺伝子発現を調べ、ジャスモン酸やエチレン関連、さらにはクロロフィル分解系の遺伝子が誘導されることを明らかにし、クロロフィル分解が老化を促進することを示唆する結果を得た。今年度はクロロフィルを分解できない変異体を材料として解析を始め、遺伝子の網羅的な発現解析を行った。予備的な分析において、老化関連因子のうち、野生株と同様の発現を示すものと、野生株に比較して老化が遅延していることを示す遺伝子群があることが示唆された。より詳細に調べることにより、クロロフィル分解を誘導した植物の結果と統合し、クロロフィル分解と老化促進の関係の包括的な理解をする基礎データをそろえることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の開始当初は、クロロフィル分解を誘導した時の、光合成装置の構成タンパク質の消長を調べてきた。これらの手法に対して遺伝子の発現解析は、植物のクロロフィル分解に対する応答を理解するうえで優れた手段である。昨年度までに、クロロフィル分解を誘導した植物と、クロロフィル分解が抑制された植物について、基礎的な遺伝子の発現解析を行った。当初はクロロフィル分解と老化の促進は相関しているものと予想していたが、必ずしもすべての老化関連遺伝子が、クロロフィルを分解したときに誘導され、クロロフィルを分解できない変異体では抑制されているというわけではないことが示された。今後は植物ホルモン関連遺伝子の発現解析も進め、当初計画していた、クロロフィル分解と老化の関連、その現象に対するジャスモン酸の役割を明らかにしたい。
自然界では秋の紅葉は植物の成長戦略だけではなく、景観という観点からも大きな意義がある。秋に紅葉し落葉するポプラにおいても、モデル植物であるシロイヌナズナと同じくSGRを誘導することができる形質転換体を作出することができた。離層が形成されることによって落葉するが、この離層の形成にはエチレンが重要な役割を果たしていることが知られている。ポプラの形質転換体を利用することにより、エチレンを介したクロロフィルの分解と落葉の関係を調べたい。
これらの計画を進めることにより、老化の結果クロロフィルが分解するという局面もあるが、その逆にクロロフィル分解が老化を促進している局面もあるという当初の課題を実証したい。
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| Causes of Carryover |
2018年9月の北海道地震による停電のため、遺伝子発現解析が当初の予定より遅れてしまい、一部次年度持ち越し、遺伝子発現解析を行う。
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