2020 Fiscal Year Annual Research Report
Regulatory mechanism and physiological function of photosynthesis- dependent activation of plasma membrane H+-ATPase in plant leaves.
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19J20450
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
木下 悟 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | シロイヌナズナ / 細胞膜プロトンポンプ / 光合成 / 糖代謝 / シグナル伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞膜プロトンポンプは細胞外へプロトン(H+)を能動輸送する酵素である。プロトンの細胞外への輸送が細胞外を酸性化し、加えて、細胞膜に存在する栄養物質輸送体のプロトン共役型輸送を支えている。そのため、細胞膜プロトンポンプは植物細胞の伸長や栄養などの物質輸送に必須の酵素である。
細胞膜プロトンポンプは特定の環境刺激（i.e. 青色光、オーキシンetc.）から始まるシグナル伝達を通して活性化されることが過去の研究で知られている。葉では、光合成で産生されたショ糖が細胞膜プロトンポンプを活性化することが当研究室の近年の研究によって新たに示されている。植物は太陽光を受け光合成を行うことでショ糖などのエネルギー資源を産生しているが、ショ糖から始まるシグナル伝達は、その複雑な糖代謝との関係から未解明な部分が多い。そのため、本研究は光合成糖依存的な細胞膜プロトンポンプ活性化が、どのようなシグナル伝達を経由しているのか、また、葉で細胞膜プロトンポンプが活性化されることにどのような生理的意義があるのかを解明すべき疑問としている。これら２つの疑問を解明することで、植物の新たな生理応答機構を明らかにする。
２０２０年度はシロイヌナズナの細胞膜プロトンポンプが糖によって活性化される様式を詳しく調べ、シグナル経路の絞り込みとシグナル経路上で細胞膜プロトンポンプの活性化を促進する遺伝子を同定した。生理的意義に関しても窒素との関わりを考え、実験の準備を進めた。
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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
2020年度は1)「光合成に依存した細胞膜プロトンポンプの活性化機構の解明」と2)「葉肉細胞での細胞膜プロトンポンプの活性化の生理的意義の探索」に関して、計画していた通りの進展が見られため。具体的な進捗を以下に記す。
1) 光合成糖に応答した細胞膜プロトンポンプの活性化の様式をウェスターンブロットによって検証し、活性化を引き起こす代謝物の発生経路を明らかにすることができた。また、網羅的な遺伝子発現解析を行うことで転写を介して、細胞膜プロトンポンプを活性化する因子を同定し、その機能を一過的プロトプラスト発現系で明らかにすることが出来た。
2) 光合成に依存的な細胞膜プロトンポンプの活性化の現象と似たタイムコースで窒素の同化が活性化されることを知り、細胞膜プロトンポンプとの関わりを検証する実験系の確立を始めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度の研究により、光合成産物によって細胞膜プロトンポンプを活性化する遺伝子が得られたので、その遺伝子がどのようにして細胞膜プロトンポンプを活性化するのかを検証するとともに、生理的意義についての検証に注力していきたい。年度の夏頃までにデータをまとめ、論文投稿の準備を進める。
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