2019 Fiscal Year Research-status Report
Regulation of nodulation by phytosterols
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18K06305
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
山崎 明広 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (50752953)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下田 宜司 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 主任研究員 (80415455)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物生理 / 植物―微生物相互作用 / 共生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に行った網羅的な脂質の解析において、psat変異体の一つであるpsat-1はステロールエステルをほとんど生産せず、野生株とは大きく異なるプロファイルを示した。共生に関与する物質を絞り込む目的で、psat変異体の別アリルであるpsat-2（アミノ酸点変異）と共生変異体castor-6との二重変異体であるCR2を利用して脂質の解析を行った。CR2はcastor復帰変異体のスクリーニングで選抜された変異体であり、根粒共生が復帰する。このCR2の脂質プロファイルは、親株であるcastor-6とほとんど変わらないものであった。psat-1では検出されなかったステロールエステルも親株と同じレベルで検出されたことから、psat-2はPSATのアシルトランスフェラーゼ活性を保持しており、しかし共生における抑制的な機能は失っていることが強く示唆された。PSATが制御する、植物ステロールではない何かが共生に作用していると考えられる。
psat-1と共生変異体との二重変異体は整備が進んできており、得られた二重変異体のいくつかについて共生表現型を調べた。psat-1はcastorの共生表現型を復帰させるが、根粒共生シグナルの受容体であるNFR1、NFR5の変異体、CASTOR下流で機能するCCaMKの変異体については共生表現型が復帰しなかった。さらに、CASTORと同じくイオンチャネルをコードするPOLLUXの変異体についても共生が復帰しなかった。これまでのところPSATはCASTOR特異的な共生制御因子であるように見える。また、この結果は、これまで不明であったCASTORとPOLLUXの機能分化を解明するきっかけになるかもしれない。
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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
2019年度は「研究実績の概要」にも記した通り、作業仮説の一部修正を必要とする結果が得られた。当初の研究計画に従って脂質プロファイルの調査、PSATの遺伝学的上位性の調査等を継続した一方で、PSATによる共生制御メカニズムの解明という目標に到達するため、研究計画の一部変更が必要である。概要を以下に記す。
1．根粒共生を復帰したCR2（psat-2 castor）の脂質プロファイルを調べたところ、親株であるcastorとほぼ同じ結果が得られた。共生を負に制御するPSATの機能が失われたpsat-2は、植物ステロールの恒常性を維持する機能を有していることが示唆された。
2．昨年度GUSマーカーを利用して発現部位やタイミングを調べたPSATプロモータを利用し、自身のプロモータでPSAT-YFPを発現させ、その局在を調べた。プロモータ::GUSで観察されたパターンと同じく、根粒菌の有無によらず根の中心柱内部でのみYFP蛍光が観察された。このプロモータでPSATを発現させるとpsat-1 castorの根粒形成復帰を抑制した。
3．psat-1と共生変異体との二重変異体の作成を継続して行い、その一部について共生表現型を調べた。psat-1は根粒共生シグナル受容体であるNFR1、NFR5の変異体、CASTOR下流でカルシウムシグナルのデコーダーとして働くCCaMKの変異体、またCASTORと同じくイオンチャネルをコードするPOLLUXの変異体について、その共生表現型を復帰することは無かった。これまでのところ、PSATはcastorに特異的な共生制御因子であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画では、2020年度は「植物ステロールによる共生への影響を、生化学的、遺伝学的に調査する」としていた。しかしながら、先にも述べた通り、PSATによる「植物ステロールの恒常性維持」と「共生の制御」は独立に起こり得ることが分かった。「植物ステロールによる共生の制御」という当初の仮説を、得られた結果に基づいて「PSAT依存的かつ植物ステロール非依存的な共生の制御」に修正し、その制御メカニズムの解明に向けて研究計画の一部変更を行う。
1．当初の研究計画通り、PSATの遺伝学的上位性を明らかにする目的で、共生変異体とpsat-1との二重変異体を作出する。また、一部の共生変異体とpsat-2との二重変異体の作出を追加で行い、「植物ステロールに影響のないPSAT変異」による共生表現型を調べ、修正した仮説の再検証を行う。
2．「PSAT依存的で植物ステロール非依存的な共生の制御」がどのように行われるのか、RNA seqを行って関与する因子を絞り込む。根粒共生が復帰しステロールエステルを生産しないpsat-1 castor、同じく根粒共生が復帰するがステロールエステルを生産可能なCR2（psat-2 castor）、それらの親株であるcastorそれぞれに根粒菌を接種し、根粒共生が復帰する２者に共通する発現変動に着目する。絞り込んだ因子のRNAi、あるいは可能であれば変異体の解析を行う。
3．シロイヌナズナでPSATの相互作用因子として報告されているBZR1に着目し、ミヤコグサにおけるPSAT-BZR1の相互作用を調べつつ、BZR1が共生に及ぼす影響について調べる。BZR1は機能獲得型変異が知られており、これをミヤコグサの根で発現させ、共生表現型を調査する。
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| Causes of Carryover |
2019年度に人工気象器を購入するため前倒し請求を行い、当該機機を購入した残金として、次年度使用額が生じた。2020年度の消耗品費に組み込んで使用予定。
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