2019 Fiscal Year Research-status Report
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19K05749
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石丸 泰寛 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80590207)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | Ca2+チャネル / 就眠運動 / マメ科植物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
農耕の文明が発祥したメソポタミアでは，食事の質を高めるためにイネ科等の穀物に加えて栄養に富むマメ科植物が栽培されてきたように，マメ科植物の重要性は古くから認識されてきた．それゆえ，マメ科植物の研究は古くから行われ，特に根粒菌との共生による窒素固定に関する研究は盛んに行われている．一方で，マメ科植物は就眠運動を行うことでも有名である．就眠運動の歴史は古く，最も古い記述は，紀元前400年のアレキサンダー大王の時代にさかのぼり，進化論でも有名なダーウィンの著書「植物の運動力」にも記載されている．また，就眠運動の研究を契機に，フランスの科学者ドゥ・メランによって，あらゆる生物に保存される体内時計が初めて発見された．その後，様々な生理学的研究や生化学的研究が行われ，様々なマメ科植物から葉を開かせる覚醒物質が単離・同定された．これらの化合物は葉の閉合を阻害し，葉を開いた状態を維持するとともに，葉の黄化を誘導し，最終的に枯死が誘導される．
このように，就眠運動は，マメ科植物の生命活動に必要不可欠な現象であるが，就眠運動の意義は明らかではない．一方で，この運動が抑制されると生育ができなくなることから，マメ科植物の生命活動の根幹を担っていると考えられる．就眠運動の鍵となるのがカリウムイオン（K+）と塩化物イオン（Cl-）であり，葉の付け根に存在する葉枕の運動細胞において，これらのイオンが流出/流入することによって細胞収縮/膨張して動きが生み出される．近年，本研究代表者らは就眠運動のモデル植物であるアメリカネムノキから，就眠運動を制御するK+チャネルとCl-チャネルを見出した．しかし，これらのチャネル活性化には，高濃度のカルシウムイオン（Ca2+）の流入が必須な要素であることが分かった．本年度の研究では，就眠運動のシグナル伝達に必要と考えられるCa2+チャネルの候補を絞った．
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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
モデル植物であるシロイヌナズナでは，Ca2+チャネルとして，グルタミン酸レセプター型チャネル（Nature. 1998, 396, 125.），2孔型チャネル（Nature. 2005, 434, 404.），サイクリックヌクレオチド誘導チャネル（Frontiers in Plant Science, 2012, 3, 1），高浸透圧誘導チャネル（Nature. 2014, 16, 367.），MID1相補活性チャネル（PNAS. 2007, 104, 3639）が報告されており，これらと相同性のあるものから優先的に候補にする．アメリカネムノキの第三葉枕全体のRNAシーケンスを行い，その情報をもとにシロイヌナズナのCa2+チャネルと比較して相同遺伝子を調べたところ，それぞれ13種類，1種類，9種類，18種類，2種類，合計43種類を見出し，Flexor運動細胞特異的に発現しているCa2+チャネル候補遺伝子も同様に多いことが想定された．その結果，Ca2+チャネル候補遺伝子が得られたため，順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
酵母を用いた相補実験で簡便な活性評価を行い，その後，絞られたCa2+チャネル候補に対してアフリカツメガエルの卵母細胞を用いた二電極膜電位固定法によって詳細な特性を明らかにする．酵母相補実験は，酵母のCa2+チャネルCCH1欠損株が，ツニカマイシンによる小胞体ストレスを受けると生育できなことを利用する（J. Cell Sci. 2017, 130, 2317）．すでに，シロイヌナズナのMID1相補活性チャネルを導入して，Ca2+輸送を相補できる予備実験を行っている．この系を用いて，アメリカネムノキのCa2+チャネル候補遺伝子がCa2+輸送を相補するかを解析する．
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| Causes of Carryover |
今年度実施できなかった形質転換実験を，次年度に行うため．
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