生物におけるホウ素の新機能の検証－ビタミンB6代謝に対するホウ酸の役割－

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19160
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 三輪 京子 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50570587)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2022-03-31
• Keywords: ホウ素 / 必須元素 / ビタミンB6 / シロイヌナズナ

Outline of Annual Research Achievements

必須元素とは、生物のライフサイクルを完結させるために欠くことのできない元素を指す。ホウ素は植物の微量必須元素であり、植物細胞壁のペクチン質多糖を架橋する。近年、動物など植物細胞壁ペクチンをもたない生物においてもホウ素の有用性が報告されてきている。ホウ素の未知の生理機能があることが示唆されるが、植物細胞壁以外のホウ素の生理機能は明らかにされていない。
先行研究において、高濃度のホウ酸が植物（シロイヌナズナ）においてビタミンB6欠乏障害を緩和する現象を見出した。本研究では、植物におけるホウ素の細胞壁以外の生理機能の解明を目的とし、生物に普遍的なホウ素の役割の解明を目指した。
本年度は新型コロナウィルス感染症による実験活動の制約から、まず既存のデータ解析から現象の考察を進めた。シロイヌナズナにおいて高濃度ホウ酸がビタミンB6欠乏障害を緩和するという現象がビタミンB6量の変化に起因するのかを検討するため、ホウ素条件に依存したビタミンB6合成・代謝に関わる酵素遺伝子群の発現量変化を調べた。先行研究において野生型シロイヌナズナの地上部を対象として、ホウ素欠乏・十分・過剰条件においてRNAseq、リボソームプロファイリングが実施されており、それらのデータを精査した。ビタミンB6合成・代謝に関わる遺伝子ではホウ素濃度に依存した発現量変化は見出されなかった。この結果より、植物体のホウ酸濃度がビタミンB6合成・代謝に関与する遺伝子の発現量に影響を与えている可能性は低いと考えられた。
植物体でのビタミンB6含量の変化の有無を定量によって明らかにするため、ビタミンB6合成・代謝に関わる複数の酵素遺伝子の各変異株で、ホウ酸による成長抑制の回復が観察される光条件や培地ホウ酸濃度の検討を引き続き行った。加えて、HPLCによるビタミンB6定量の測定系の立ち上げの準備を引き続き進めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度は生物に普遍的なホウ素の役割を探索するため、酵母の成長に対するホウ酸の効果の検証を行い、異なるホウ酸濃度での野生型とビタミンB6合成酵素欠損株（snz1株）での成長の比較を進めた。その結果、野生型とsnz1株双方において、ホウ酸添加区での最終到達濁度が上昇することが観察された。ホウ酸が酵母の成長に効果をもつ可能性を示唆する結果を得たものの、酵母の場合にはビタミンB6合成・代謝がホウ酸の主な作用点ではない可能性が考えられた。
そこで、研究の出発点となったシロイヌナズナにおけるビタミンB6欠乏障害の緩和という現象に戻り、焦点をあてる方針とした。ホウ素条件に依存したビタミンB6量の変化の可能性を検討するため、ビタミンB6合成・代謝に関わる遺伝子群のホウ素に依存した発現量変化を検討したところ、ホウ酸がこれらの遺伝子発現量に影響を与える可能性は低いと考えられた。

Strategy for Future Research Activity

計画に従い、実験を引き続き進める。ビタミンB6合成が低下したシロイヌナズナ変異株における高濃度ホウ酸による生育抑制の回復の分子機構を解明するため、野生型株およびビタミンB6合成変異体植物を用いて、植物体内のビタミンB6量の蓄積量の測定を行い、ビタミンB6合成への影響を明らかにする。

Causes of Carryover

本年度は研究室活動の制限から、継続的な実験および計画の実行が困難であった。また、情報収集のため研究会参加を計画していたが、研究会が中止となった。そのため繰越が生じ、次年度も引き続き本研究課題を実施する。研究推進のため研究補助者を雇用する。