2019 Fiscal Year Research-status Report
精子を作る植物が持つcAMP合成酵素を中心とするcAMP信号系の生理機能の解明
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18K06298
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
笠原 賢洋 立命館大学, 生命科学部, 教授 (70361748)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物cAMPシグナル伝達機構 / cAMP / cAMPシグナル系 / cAMP合成酵素 / cAMP分解酵素 / 植物精子 / CAPE |
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| Outline of Annual Research Achievements |
さまざまな生物のシグナル伝達機構において、サイクリックAMP（cAMP）がセカンドメッセンジャーとして機能しているが、植物ではcAMPの生理機能は明確に示されていない。最近、私たちの研究グループは、新奇のcAMP合成酵素（CAPE）をゼニゴケから発見し、CAPEはゼニゴケのみならず、精子を用いて有性生殖を行う緑色植物に保存されていること、CAPE遺伝子がゼニゴケ造精器で特異的に発現していることを明らかにした。これらの結果から、CAPEを中心とするcAMPシグナル伝達機構が、精子機能の調節に働いていることが予想される。本研究では、ゼニゴケのcape遺伝子破壊株を用いて精子形成と精子運動能を中心に解析し、cAMPの生理機能を明らかにすることを目的としている。
これまでのゼニゴケcape遺伝子破壊株の表現型の解析から、無性芽や葉状体の成長と形態、雄器托と雌器托の発生タイミングや形態には異常が見つからず、これらは正常であることがわかった。一方、精子を観察したところ、凝集して塊になることや、細胞壁の殻の中に留まる精子が多く観察された。光学顕微鏡による観察では、精子形態に大きな異常は見つからなかったが、野生株の精子が直線的に水中を泳ぐのに対し、cape遺伝子破壊株では直線的な移動がなかった。よって、cAMPが遊泳に必要な鞭毛運動調節に関わることが示唆された。本年度も引き続きゼニゴケcape遺伝子破壊株の表現型を解析し、これまでと同様の結果が得られたことから、cAMPが精子鞭毛運動の調節因子であることをさらに強く示すことができた。本年度はさらに、ツノゴケと裸子植物イチョウ、ソテツからCAPEのcDNA全長を獲得し、精子を形成する緑色植物にCAPEが完全に保存されていることを明らかとした。このCAPEの分布はゼニゴケで得られている生理学的研究を補強する重要な成果である。
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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
今年度は、ゼニゴケcape遺伝子破壊株の表現型を注意深く解析し、CAPEの生理機能を確実にすることが最大の課題であり、その目標は概ね達成することができた。昨年度開始したヒメツリガネゴケcape遺伝子破壊株の解析においても、ゼニゴケで得られた結果を支持する結果が得られ、精子鞭毛運動の調節が、CAPEの生理機能として生物種を越えて共通のものであることが示せた。さらに、ツノゴケ、イチョウ、ソテツからCAPEのcDNA全長単離に成功し、緑色植物の中でも共通の生活様式をもつ植物種でCAPEが保存されていることを明らかにできた。この保存性もCAPEの生理機能を補強するものである。植物におけるcAMPシグナル伝達機構の生理的役割の解明に向けた成果が得られ、概ね順調であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
精子細胞の遊泳、二本の鞭毛（前鞭毛と後鞭毛）の動き（回転、波打ちの振幅など）を詳細に観察し、ゼニゴケ精子の運動を定量的に評価できる実験系を確立する。前進遊泳に異常がある原因を精子鞭毛の動きと関連付けることで、CAPE、およびcAMPが鞭毛運動機構のどの部分に作用して運動を調節しているかを予測し、その後の解析方針を考える。
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| Causes of Carryover |
構築したゼニゴケcape遺伝子破壊株等植物体のcAMP量を測定することを予定し、cAMP量測定キットの購入費を計上している。今年度、cAMP量を測定したが、ゼニゴケの培養系の改良が必要であることがわかった。本研究において非常に重要なデータとなるため必須な解析であるが試薬費が高額であり、培養系の改良をしてから、cAMP測定を行うことが賢明と判断した。次年度は、培養系の改良をすすめ、今年度に計画していた分と合わせてcAMP量の解析等に使用し、研究を進展させる。
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