2019 Fiscal Year Research-status Report
B3 MAPKKを介した植物浸透圧ストレス応答機構の解明
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19K06713
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
坂田 洋一 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (50277240)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ABA / 浸透圧ストレス / SnRK2 / Raf様キナーゼ / B3 MAPKKK / シロイヌナズナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は乾燥ストレスに曝されると、それを細胞内の浸透圧変化として感知し、植物ホルモンであるABAを蓄積し、気孔閉鎖を始めとする様々な防御応答を発動する。この一連の応答では植物固有のリン酸化タンパク質SnRK2の活性化が重要であることが示されている。近年、ABAによるSnRK2の活性化における分子基盤は解明が進んだが、浸透圧による活性化機構については未だ不明な部分が多く残されている。本研究では、申請者の研究グループが初めて同定したSnRK2上流キナーゼ（ARK）を中心とした浸透圧によるSnRK2活性化機構の分子基盤を解明することを目的とした。2019年度の主な研究成果は以下のとおりである。
１）B3 MAPKKK（AtARK1, 2, 3と名付ける）を欠損するシロイヌナズナ（TKO）を作出し、リーフディスクを用いてABA、乾燥ストレス、浸透圧ストレスを与えて気孔閉鎖を調査したところ、乾燥ストレス及び浸透圧ストレスを与えた際のTKOの気孔閉鎖は野生型株と比較して有意に遅延することが明らかになった。一方、ABAに応答した気孔閉鎖に差は認められなかった。このことから、AtARKは浸透圧変化に応答した気孔閉鎖をABA非依存的に制御することが示された。
２）RNA-seqを用い、AtARKの欠損がABAおよび浸透圧ストレスに応答した遺伝子発現に及ぼす影響を網羅的に解析した。その結果、AtARKの欠損は浸透圧応答性遺伝子の発現に影響を与える一方で、ABA応答性遺伝子発現には影響はほとんど与えなかった。
３）AtARKの各単一欠損変異株を用いて、SnRK2の活性化に与える影響をゲル内リン酸化実験により調査したところ、SnRK2の活性化にはAtARK2が主に働いていることを明らかにした。
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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
本研究計画において、２０１９年度に予定した実験を順調にこなすことができた。また、得られた結果も、AtARKが主にABAシグナル伝達より上流の初期浸透圧ストレス応答に関わっていることを指示している。また、ここまでの成果を国際学術雑誌に発表することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）現在、浸透圧に応答したABA合成に及ぼすAtARKの役割について解析を進めるために、AtARK TKOとABA合成欠損株aba2-1変異株の掛け合わせを進めている。この多重変異株において、AtARK TKO変異株とaba2-1変異株の表現型と照らし合わせることで、ABAシグナル伝達系と浸透圧ストレス応答系におけるAtARKの役割の位置が推察できると考える。現在、いくつかの候補株を得ており、解析を進める。
２）植物において一部のB3 MAPKKKはバクテリアの二成分制御系でセンサー因子として機能するヒスチジンキナーゼと物理的に相互作用して機能が制御される例が報告されている。これらはシロイヌナズナにおいてはエチレン受容体として機能することが示されているヒスチジンキナーゼのグループに属している。これまで、ABAシグナル伝達とエチレンシグナル伝達には相互作用があることが明らかにされているが、その実態は不明のままである。そこで、これらエチレン受容体として機能するヒスチジンキナーゼのグループに着目し、これらがAtARKと相互作用するのかを、酵母ツーハイブリッド法および蛍光タンパク質を用いた生体内タンパク質相互作用解析法（BiFC法）を用いて解析する。
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