2020 Fiscal Year Annual Research Report
植物の環境ストレス応答における生体膜マイクロドメインの構築と機能
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18H02165
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
川合 真紀 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10332595)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スフィンゴ脂質 / 低温応答 / 細胞膜 / 糖鎖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物スフィンゴ脂質のセラミド骨格に不飽和結合を導入する２つの酵素、SLD1およびADS2は、ともに、植物の低温耐性に寄与することがこれまでに明らかとなりつつある。SLDは長鎖塩基（long-chain base、LCB）のΔ8位の不飽和化酵素であり、ADSは脂肪酸n-9位の不飽和化に関与する酵素である。引き続き両者の二重変異体の解析を引き続き行った結果、sld1ads2は単独変異体よりも低温耐性がさらに顕著に低下し、低温応答時に見られるアントシアニンの蓄積量も単独変異体よりもさらに減少していた。遺伝子発現解析の結果、アントシアニン合成にかかわる酵素をコードする遺伝子の発現が低下し、これらをさらに上流で支配するHY5の発現も異常になっていた。これらの結果から、sld1ads2では細胞膜での温度感知の仕組みに異常が生じている可能性が示された。また、スフィンゴ脂質の親水基部の機能に関する研究においては、糖鎖構造と生理機能に関する研究を進めた。スフィンゴ脂質GIPCは、親水部としてリン酸イノシトールと複数の糖が結合し、糖鎖部分は多様性をもつ。シロイヌナズナで、末端にHexを転移する酵素GMT1が同定されている。その欠損変異体gmt1では野生型に比べて生育が著しく抑制され、細胞内にサリチル酸(SA)が蓄積していることをこれまでに示した。そこで、sld1ads2変異体にSA分解酵素を発現させた系統を作出して調べた結果、生育異常はかなり改善されたが、効果は部分的であることから、SAの蓄積以外の原因により生育阻害が起きていることが示された。また、GIPCの末端にHexNを転移する酵素GINTをgmt1変異体で発現させた系統で個々の表現型を評価し、それぞれの糖鎖構造の機能の違いについて考察をおこなった。
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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
これまでに研究を推進してきたスフィンゴ脂質代謝系のうち、2020年度はスフィンゴ脂質のLCBΔ8位の不飽和化に関与するSLDに関する研究を主に進めた。これに加え、スフィンゴ脂質の成分である脂肪酸の鎖長伸長の場である小胞体を可視化するためのツール開発に関する研究を行い、学術論文を発表することができた。小胞体を蛍光タンパク質で可視化するため、我々が過去に小胞体に局在することを示したcytochrome b5 -B (Cb5-B)の膜貫通ドメインとC末領域を赤色蛍光タンパク質（tdTomato）のC末端に連結した。これをubiquitin10プロモーターによりシロイヌナズナに発現させた。作成した形質転換体で得られたシグナルはこれまでに使用されている緑色蛍光タンパク質を用いた小胞体マーカー（SP-GFP-HDEL）とよく一致した。これにより、小胞体の可視化に使用可能な赤色系のマーカーを新たに開発することに成功したと結論づけた。さらに、国内共同研究により、スフィンゴ脂質の構成要素であるセラミドのシロイヌナズナの表皮細胞分化における機能についても解明をおこない、学術論文として成果発表を行った。
このように成果が順調に得られていることから、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、環境ストレス応答における細胞膜マイクロドメインの役割を、脂質ラフトを構成するスフィンゴ脂質代謝系の役割解明の観点から明らかにすることを目的としている。本年度は以下を中心として取り組む。
スフィンゴ脂質の中でも植物に固有の分子種であるGlycosyl Inositol Phosphoceramide (GIPC)は、親水部としてリン酸イノシトールと複数の糖が結合し、糖鎖部分は多様性を示す。シロイヌナズナのGIPCの糖残基はグルクロン酸とヘキソースで構成され、ヘキソース転移酵素GIPC Mannnosyl Transferase1(GMT1)が同定されており、糖鎖構造の違いが固有の機能を生み出すことがこれまでの研究から推定されている。この欠損変異体gmt1におけるGIPC組成とその表現型を中心に研究を進める。えて、種子や花粉特異的に発現し、GIPCの末端にヘキソサミンを転移する酵素であるGlucosamine Inositol Phosphorylceramide Transferase1 (GINT1)にも注目し、末端に付加される糖の違いが植物にどのような差異をもたらすのか、生育解析、ストレス耐性を中心に調べる。
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