2020 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 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物cAMP |
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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、１つのタンパク質にcAMP合成酵素（AC）とcAMP分解酵素（PDE）の触媒部位を持つ新奇のcAMP合成・分解酵素（CAPE）をゼニゴケから発見した。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。
本年度は、昨年度に引き続きcape遺伝子破壊株の解析を実施することに加え、CAPE遺伝子の緑色植物における分布の網羅的探索とCAPEのACおよびPDE配列の系統解析を行った。ツノゴケと裸子植物イチョウ、ソテツからCAPEのcDNA全長をすでに獲得していたが、さらに近年ゲノム解析が終了した２種の接合藻類のゲノムデータを探索し、精子を形成しないこれら接合藻類ゲノムにはCAPEを検出できないことを確認した。一方で、予期しなかったこととして、近年公開された植物網羅的トランスクリプトームデータベース（OneKP）の検索によって複数の針葉樹類からCAPEの部分配列が検出された。そこで、スギからRNAを抽出してRT-PCRを行うことにより、スギCAPEのcDNAを単離した。針葉樹類の中でもヒノキ目にCAPEが保存されていることが示唆された。さらにACとPDEの系統解析を広く生物分類群を越えて行い、CAPEのACとPDEの系統的位置を解析した。
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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、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確実にし、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が明らかにできた。この保存性もCAPEの生理機能を補強するものである。一方で、針葉樹類の一分類群にCAPEが存在することがわかり、植物におけるcAMPシグナル伝達機構の役割の広がりを示唆する成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ゼニゴケcape遺伝子破壊株の表現型の解析を継続的に行っており、ゼニゴケ精子運動の定量的評価を引き続き行う。ゼニゴケ精子が持つ二本の鞭毛（前鞭毛と後鞭毛）はそれぞれ異なる動きをするため、それぞれの動きの特徴を捉え、鞭毛運動を評価する測定系を確立する。野生株とcape変異株精子の運動と鞭毛の動きの解析結果を総合してCAPEから合成されるcAMPの作用点を予測し、CAPEを起点とするcAMPシグナル系の役割を解明する。
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| Causes of Carryover |
前年度から引きつづき、cAMP量測定に必要なゼニゴケ培養系の検討を行っている。cAMP量定量試薬が高額であり、本研究課題を完成させるために重要な実験となるcAMP測定の試薬費等、cape遺伝子破壊株の解析に必要な研究費を持ち越した。
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