2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the biosynthesis and functions of plant glycosphingolipids
| Project/Area Number |
17K15411
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
石川 寿樹 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20598247)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スフィンゴ脂質 / 糖鎖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物にはグルコシルセラミド (GlcCer) とグリコシルイノシトールホスホセラミド (GIPC) の2つのスフィンゴ糖脂質クラスが存在する。本研究ではこれらの機能の差異に着目して研究を行った。GIPCは酸性糖残基とリン酸基を持ち、細胞膜表面においてアルミニウム等の土壌有害金属の結合標的となることが示唆されている。これを検証するため、イネにおいてGlcCerおよびGIPCのセラミド骨格に特異的な構造改変を導入し、アルミニウム耐性への影響を解析した。イネにシロイヌナズナ由来スフィンゴ脂質Δ8不飽和化酵素を (SLD) を導入したところ、野生型イネで主要なGlcCer中のΔ8シス型不飽和結合と、GIPCのΔ8飽和構造の両方が、トランス型不飽和結合に変化した系統が得られた。また、内在性Δ4不飽和化酵素遺伝子をCRISPR/Cas9法により機能破壊し、Δ4不飽和結合を主成分とするGlcCerの含量が40%程度に減少し、Δ4位に水酸基を有するGIPCには影響がほとんど生じていない系統を得た。これらのイネ系統のアルミニウム耐性を解析したところ、どちらも野生型に比べ有意に耐性が低下していた。さらにアルミニウム耐性に重要な細胞膜流動性を計測したところ、SLD系統では流動性が増加し、CRISPR/Cas9系統では逆に流動性が低下していた。以上の結果から、GIPCの構造改変はアルミニウム耐性を変化させず、その親水部はアルミニウム毒性の分子標的ではないことが考えられた。一方、親水部にアルミニウム結合性を持たないGlcCerがアルミニウム耐性と密接に関係していることが明らかとなり、植物スフィンゴ脂質はアルミニウムイオンとの直接的結合ではなく、細胞膜流動性の維持を介してその耐性に寄与していることが明らかとなった。本成果は、Plants誌のPlasma membrane特集号に掲載された。
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[Journal Article] Glycosylinositol phosphoceramide-specific phospholipase D activity catalyzes transphosphatidylation.2019
Author(s)
Hasi RM, Miyagi M, Morito K, Ishikawa T, Kawai-Yamada M, Imai H, Fukuta T, Kogure K, Kanemaru K, Hayashi J, Kawakami R, Tanaka T.
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Journal Title
J. Biolchem.
Volume: 166
Pages: 441-448
DOI
Peer Reviewed
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