Function and spatio-temporal expression pattern of genes endoding potassium transport proteins in Japanese larch

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05722
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 細尾 佳宏 信州大学, 学術研究院農学系, 准教授 (80377184)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スギ / カリウム / 膜輸送 / チャネル

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、カラマツにおけるカリウム（K）イオン膜輸送の機構を解明し、それをもとに成長・生理に関する様々な過程でのKイオン膜輸送の役割を明らかにすることを目的としている。2020年度と2021年度は、Kイオンチャネル遺伝子のうちtwo-pore型チャネル遺伝子に着目して研究を行ってきた。本年度は、同じKイオンチャネル遺伝子の中のShaker型チャネル遺伝子（LkK1遺伝子）を新たに単離し、解析を行った。
配列解析の結果、LkK1遺伝子がコードするタンパク質（チャネル）は既知のShaker型チャネルと相同性を有することが明らかになった。そして、LkK1タンパク質はKイオンチャネルの基本構造であるMPM（膜貫通部位-イオン透過孔-膜貫通部位）構造を持つと推定され、イオン透過孔中にKイオン選択フィルターとなるグリシン-チロシン-グリシン配列が存在することが分かった。さらに、環状ヌクレオチド結合ドメイン、植物のKイオンチャネルに特有のKHAドメイン、そしてチャネル活性を調節する因子が結合するアンキリンリピートドメインを持つことが分かった。これらの構造上の特徴は、他の植物のShaker型チャネルと一致した。機能解析として大腸菌のKイオン取り込み能欠損株を用いた相補性試験を行った結果、LkK1タンパク質はKイオン取り込み活性を持つことが明らかになった。電気生理的解析によるLkK1タンパク質のKイオン取り込み・排出活性の詳細な測定までは至らなかったが、これまで不明であったカラマツのShaker型チャネルの特性について新規の知見を得ることができた。