2021 Fiscal Year Annual Research Report
Exploreing and identification of thermosensing-module that involves in thermoregulation of skunk cabbage.
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19H02918
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
伊藤 菊一 岩手大学, 農学部, 教授 (50232434)
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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 温度センシング / 細胞呼吸 / 発熱植物 / メタボローム解析 / RNA-seq解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ザゼンソウ（Symplocarpus renifolius）は早春の寒冷環境で発熱し、外気温の変動にも関わらずその熱産生器官である肉穂花序と呼ばれる花器の温度を23°C程度に維持できる恒温性を有している。本植物の器官特異的な熱産生にはミトコンドリア内膜に局在するシアン耐性呼吸酵素（AOX）の関与が指摘されている。一方、本植物の恒温性に関わる温度センシングモデュールは鋭敏な温度感受性を有することが予想されているが、その詳細は不明のままである。本年度の研究においては、発熱組織をターゲットとしたトランスクリプトーム及びメタボローム解析の情報に基づき、アミノ酸代謝に関わる経路、及び、硫黄代謝に関わる経路を中心に解析を進めた。メタボローム解析から、温度変化に逆の方向を持って特異的に蓄積する代謝産物としてグルタミン酸とグルタミンが同定されており、本年度はGS/GOGAT回路に着目した解析を実施した。具体的には、ザゼンソウ発熱組織からクローン化したGS遺伝子を大腸菌で発現し、当該タンパク質を精製した。さらに、精製したタンパク質を元にGS活性を測定できるシステムを整備した。また、ザゼンソウGSタンパク質に対する特異抗体を作成し、発熱組織におけるGSの発現をウエスタン法で検出できる実験系を構築した。また、GOGAT遺伝子のクローニングにも成功し、次年度以降、大腸菌で当該タンパク質を発現・精製し、種々の温度で活性を測定できる準備が整った。また、これまでの研究により硫黄経路に関わる遺伝子群の中には、AOXよりも高い発現を示す遺伝子が見いだされていたが、本年度においては、当該遺伝子産物に対する特異抗体を作成し、当該タンパク質の温度に応答した機能に着目した解析を実施した。その結果、問題とする遺伝子産物は、AOXを介する呼吸経路には影響を与えないものの、チトクロームcオキシダーゼを介した呼吸経路の阻害に関わっていることが示された。
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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
本研究の基本的な戦略であるメタボロームとトランスクリプトーム解析を組み合わせた温度センシングモデュールの探索は、昨年度と比較すると、具体的な代謝回路や遺伝子群がより明確になっており、実験内容も個別の酵素の解析に焦点が移りつつあり、進捗状況としては概ね順調と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究については大幅な計画変更の必要性は今のところないと考えているが、群落地に自生する発熱植物を使った温度センシングに関わる実験については、開花数や発熱状況等により大きく影響を受けることから、場合によってはin vitro系の実験が中心となる可能性も否定できない。温度センシングモデュールは複数の因子から構成されていることを想定しているが、温度センシングシステムを構成する必要かつ十分な因子群を最適な条件で再構成できるかどうかが重要な部分になる。この点については、群落地で発熱している植物個体をターゲットとした解析を何度かトライすることで問題の糸口を見出したい。
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