2020 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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2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | ペプチドホルモン / シロイヌナズナ / 受容体キナーゼ |
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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，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．以下に項目ごとの研究実績を示す．
1．分泌型ペプチドホルモン：オーファン受容体のひとつが，ある硫酸化ペプチドの認識に関わっていることを突き止め，その機能を明らかにした．成果は論文投稿中である．また，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定量リン酸化プロテオミクスの系を確立した．RGF，PSK，CEPなどのペプチドホルモンの下流で，短時間でリン酸化される初期応答タンパク質群を複数同定した．それぞれについて欠損株の表現型を解析している．
2．篩管移行性非分泌型ペプチド：葉の篩部では，窒素要求シグナルとして葉から根へ移行するCEPD/CEPDL2ペプチドが発現している．根へ移行して硝酸取り込みを促進する際に，タンパク質脱リン酸化酵素PP2Cの一種の発現を誘導することが分かっていた．この脱リン酸化酵素の基質を定量リン酸化プロテオミクスにより探索したところ，硝酸輸送体のNRT2.1であり，脱リン酸化により活性化されていた．すなわち，CEPD/CEPDL2は転写レベルと翻訳後レベルの両方で，NRT2.1を発現誘導・活性化していることが明らかになった．
3．外生ペプチドシグナル：植物は，バクテリアべん毛由来のペプチドflg22をリガンドとして受容体FLS2を介して認識し，防御応答を活性化させるシステムを持っている．この際，flg22を切り出すのは植物側の複数のプロテアーゼであるが，これらを生化学的に同定した．多重欠損株を作成し，その病害抵抗性を評価している．
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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
分泌型ペプチドホルモンの機能解析については，リガンド構造および受容体が明らかなものについて引き続き解析を進めていく．うちひとつの生理機能を明らかにした．成果は論文投稿中である．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っており，RGF，PSK，CEPなどのペプチドホルモンの下流で，短時間でリン酸化される初期応答タンパク質群をそれぞれについて複数同定できている．
地上部の篩管特異的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，機能解析を進めている．CEPDホモログのうち8個について多重欠損株と高発現株を作製して表現型を観察した結果，植物体の窒素充足度に応じて窒素吸収を抑制するはたらきがあることを見出した．すなわち，植物の窒素恒常性の維持には、CEPDを介した窒素欠乏応答に加えてこれら8個のホモログ群による窒素吸収の抑制メカニズムが関わっている．
外生ペプチドシグナルについては，flg22を切り出すのは植物側の複数のプロテアーゼを生化学的に同定した．多重欠損株を作成し，その病害抵抗性を評価している．
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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者択一であり時間もかかるが，引き続きリスクを分散しながら探索と機能解析を続けていく予定であり，今後の研究計画に大きな変更はない．また，リン酸化変動プロテオミクスにより，RGF，PSK，CEPなどのペプチドホルモンの下流で，短時間でリン酸化される初期応答タンパク質群を複数同定できているため，これらの機能解析も個々に進めていく予定である．
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