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

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K16164
• Research Institution: Nagoya University
• 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, 特任助教 (00829872)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 膜電位プローブ / シロイヌナズナ / 脱分極 / 環境応答 / 蛍光イメージング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、植物生理に重要な膜電位について、より詳細な知見を得るため、既存の膜電位センサーや自ら作成した新規のセンサーを利用した膜電位イメージング系を確立することを目的としている。動物の神経細胞や筋肉細胞での膜電位イメージングの実績があるセンサー・FlicR1、ASAP3、Archon1などを主軸に、これらのセンサーに変異を導入することで、植物における膜電位イメージングに挑戦した。また、ASAP3とArchon1には、タンパク質レベルをモニターするために、内部標準としてロングストークスシフト型のRFP分子をセンサーに融合した。
シロイヌナズナ形質転換体の細胞において、FlicR1、ASAP3は、それぞれ細胞膜、小胞体膜に局在したが、Archon1は蛍光を示さなかった。FlicR1およびASAP3の、脱分極時の蛍光変化を、タイムラプスで解析した結果、いずれも脱分極時に劇的に蛍光レベルが低下することがわかった。しかしながら、この蛍光変化は、細胞内pH変化を抑えるバッファーを利用することで殆ど見られなくなった。この結果は、植物細胞においてこれらのセンサーが膜電位変化そのものではなくpH変化、とりわけ細胞質の酸性化によるものであることを示唆している。興味深いことに、脱分極刺激を加えた際は、膜電位変化に応答しないネイティブのEGFPも蛍光量が低下した。これらの発見は、植物の膜電位変化とpHとの深い関わりを示すものであると同時に、植物においては動物細胞で用いられる膜電位プローブの利用が難しいことを示唆している。