2020 Fiscal Year Research-status Report
膜電位の可視化による植物の膜電位シグナリング機構の解明
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19K16164
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
吉成 晃 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 学振特別研究員(PD) (00829872)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物 / 膜電位イメージング / GEVI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、植物の細胞間情報伝達メカニズムとして「膜電位の変化」が注目されている。特に傷害に伴う膜電位の変化は傷害を受けた部位から離れた部位まで伝達され、組織・器官間の高速・長距離シグナル伝達機構として機能することが示されている。また、膜輸送タンパク質を介した物質輸送には、プロトン勾配や膜電位が密接に関わっていることから、膜電位の大小や局在が細胞毎に多様化している可能性がある。
本研究では、(1) 植物の膜電位変化を可視化する新規の蛍光タンパク質膜電位プローブ (Plant-GEVI) の開発、(2) Plant-GEVIを用いて、個体・細胞レベルでの膜電位イメージング解析、(3) Plant-GEVIを用いた根の膜電位マップの作製を通して、植物の膜電位制御と膜電位を介した長距離膜電位シグナリング機構を理解する。
これまでに、FlicR1、Mermaid2といった既存のGEVIが、植物の細胞膜に局在することを確かめている。さらに、FlicR1のVoltage sensing domain (VSD)にアミノ酸置換変異を導入することで、反応可能な膜電位の値を、植物の膜電位域に近づけることに成功している。現在、変異型FlicR1およびMermaid2を植物の根や孔辺細胞に発現させ、これらの膜電位変化に対する応答を調べている。一方、ASAP3と呼ばれるGEVIを植物に導入したところ、ASAP3は小胞体にスタックしてしまうことがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
孔辺細胞におけるイメージングを行っているが、観察中に組織が動いてしまうという問題がある。医療用接着剤による組織のカバーグラスへの固定を検討している。また、ASAP3に小胞体からの分泌を促すと期待できるSTP1C末端領域や、ゴルジ体以降シグナルを導入したものの、植物細胞においてASAP3を細胞膜に局在させることはできなかった。FlicR1のcpmApple部位にGO-Matryoshkaを導入し、FlicR1をratiometric GEVIに改変する実験を行っており、膜電位に応答して蛍光量が変化するプロトタイプが複数得られているものの、未だに蛍光変化のレベルが小さく、実用化には程遠い。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在のところ、膜電位の反応域を改変した変異型FlicR1およびMermaid2が、最も期待できるGEVIである。今後は、これらを発現する形質転換体を用いた詳細なイメージング解析を中心に行う。また、FlicR1をratiometric GEVIに改変するために、るVSDとGO-Matryoshka部位の間のリンカーのスクリーニングを継続する。
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