2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the mechanism of nutrient-starvation tolerance mediated by membrane lipid remodeling in plants
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18K05371
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
下嶋 美恵 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (90401562)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リン / 窒素 / 膜脂質転換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リン酸欠乏ストレスにさらされた植物では、生体膜を構成するリン脂質分解が促進され、その代替として糖脂質含量が増加する。この機構は、リン欠乏時の膜脂質転換と呼ばれており、リン脂質分解により生じたリン酸を、核酸合成などリン酸を必要とする他の代謝系に利用することで、一時的にリン酸欠乏ストレス下での生育を維持する仕組みである。これまでに申請者らの研究グループは、このリン酸欠乏時の膜脂質転換において、リン脂質分解に寄与するホスファチジン酸ホスホヒドロラーゼ（PAH）は、窒素欠乏時の生育にも重要であることを明らかにした。そこで本研究では、種子植物シロイヌナズナおよび基部陸上植物であるゼニゴケを用いて、植物の膜脂質転換の活性化や制御に関わる各種酵素遺伝子の変異体および過剰発現体を作出し、リン酸や窒素の栄養ストレス下の植物生育における膜脂質転換制御の生理的意義およびその分子メカニズムの解明を目指して研究を行っている。
１．膜脂質転換が活性化したシロイヌナズナ形質転換体の作出と栄養応答の解析
PAHと同様、リン欠乏時のリン脂質分解に寄与するNPC5について、シロイヌナズナのPAH1,PAH2,NPC5の３つの遺伝子を欠損したトリプルノックアウト変異体をゲノム編集法により作出した。野生株、各シングルノックアウト変異体、トリプルノックアウト変異体のリン十分・欠乏下での生育、膜脂質組成変化など詳細に解析した結果、PAHと比較して、NPC5のリン欠乏時の生育への寄与は非常に小さいことが明らかになった（投稿準備中）。
２．ゼニゴケの膜脂質転換が担う栄養欠乏ストレス耐性
前年度に引き続き、ゼニゴケにおけるNPCのノックアウト変異体の作出を進めている。単離が確認でき次第、リン酸や窒素の栄養ストレス条件下で野生株との生育比較、脂質組成解析など進める予定である。
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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
シロイヌナズナを用いた解析については、目標としていたトリプルノックアウト変異体の単離および解析まで終了したため、おおむね順調に進展したと考えている。一方、ゼニゴケを用いた解析については、変異体の単離がまだ完了していないため、引き続き進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
シロイヌナズナの変異体については、PAHが窒素欠乏時の生育にも重要な役割を担っていることを踏まえて、窒素欠乏条件下での生育・脂質組成変化についても解析を行う予定である。また、ゼニゴケについては、変異体単離と解析を急ぎ進める予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍による大学の出校停止期間があり、研究の推進に大きな支障が出た。研究手法の見直しなど工夫はしているが、研究の内容上、どうしても植物生育に時間がかかるため、遅延を取り戻すのに時間を要している。次年度は遅延した研究の推進とまとめに研究費残額を使用予定である。
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