2018 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular dissection of peptide signaling in plants
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18H05274
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松林 嘉克 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (00313974)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | ペプチドホルモン / 受容体 / 形態形成 / 環境応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の成長制御に関わる新しい分子群として，内生の分泌型ペプチドホルモンや篩管移行性の非分泌型ペプチド，病原微生物由来の外生ペプチドなどに注目が集まっている．本研究は，ペプチドシグナルの探索や，受容および細胞内情報伝達機構の解明を進め，植物成長の新しい分子機構を明らかにすることを目的としている．以下に項目ごとに研究実績を示す．
1．分泌型ペプチドホルモン：受容体下流の初期情報伝達に関わる分子群を同定するため，15Nを用いた安定同位体標識法によるリン酸化変動プロテオミクスの系を確立した．また，共同研究として，側根が等間隔でできる過程に関わるペプチドホルモンTOLS2の受容機構の解明や，マメ科植物ミヤコグサの根で根粒形成の抑制に働くPLENTYがペプチドホルモンの糖鎖修飾酵素であることの証明に貢献した．
2．篩管移行性非分泌型ペプチド：葉の篩部では，根の窒素欠乏を葉に伝えるペプチドホルモンCEPの下流で機能するCEPDのホモログが多数発現している．そのひとつ，CEPDL2に着目して解析を進めたところ，CEPDL2は葉自身の窒素状況に応じて発現上昇し，根へ移行して根における硝酸取り込みを制御するシグナルであることが明らかとなった．植物は，根の窒素欠乏に応答するCEP-CEPD経路と葉自身の窒素状況を根に伝えるCEPDL2経路の両方によって，全身的な窒素ホメオスタシスを維持していることが明らかとなった．
3．外生ペプチドシグナル：バクテリアべん毛由来のペプチドの認識に関わる受容体であるFLS2をビーズに固定化し，べん毛由来のペプチド断片混合物のどの断片と結合するかを，リガンドフィッシングにより解析したところ，従来から知られていたflg22断片に加えて，アンタゴニストとして機能する断片が得られることが明らかとなった．植物と微生物の攻防の一端と考えられる．
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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
新規分泌型ペプチドホルモンについては，これまでの解析によりリガンド構造および受容体が明らかなものに加え，リガンド構造が明らかで受容体を探索中のものがさらに1種類ある．これらについて機能解明を進めている段階である．今年度確立できたリン酸化変動プロテオミクスの系はペプチドホルモン解析の強力なツールになると考えている．実際にこの系を用いて解析を進めたところ，根の形成に必要なペプチドホルモンRGFについて，ペプチド処理後10分以内にリン酸化されるタンパク質を複数検出した．その欠損株の表現型やRGF感受性の変化を解析するとともに，この系を機能未知リガンドの機能解明にも応用していく．地上部の篩管特異的非分泌型ペプチドについては，21種類あるCEPDホモログに加え，篩管特異的トランスクリプトームデータを用いて，CEPDファミリー以外の新規候補因子群についても絞り込みを終え，誘導発現系とRNA-Seqを組み合わせた機能解析を進めている．いずれも100アミノ酸程度のポリペプチドであり，GFP融合ペプチドの局在観察から，遺伝子発現は地上部のみであるにも関わらず，ペプチドレベルでは根に移行することを確認している．それらのひとつ，CEPDL2は葉自身の窒素状況に応じて発現上昇し，根へ移行して根における硝酸取り込みを制御するシグナルであることが明らかとなり，投稿中の状況である．外生ペプチドシグナルについては，固相固定化した受容体を用いたリガンドフィッシング系の実用性を確認するために，FLS2をモデルとして菌培養液から天然リガンドの釣り上げを試みたが，精度の高さが十分であることが明らかになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
新しいシグナルの同定という研究は，同定できるかできないかの2者択一であるが，新規分泌型ペプチドホルモンについては複数の候補を得ていることから，リスクを分散しながら機能解析を続けていく予定である．篩管移行性のペプチドについても，多数の候補を得ており，今後の研究計画に大きな変更はない．外生ペプチドシグナルについては，固相固定化した受容体を用いたリガンドフィッシング系の実用性と精度の高さが十分であることが確かめられたことから，今後はリガンド構造未知の受容体へと研究を展開していく予定である．
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