2021 Fiscal Year Research-status Report
デュアル輸送機能を示す新型アクアポリンの分子機構と生理機能の解明
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20K06708
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
且原 真木 岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (00211847)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀江 智明 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (90591181)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アクアポリン / イオン輸送 / 塩ストレス / OsPIP |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では水輸送機能と同時にナトリウム輸送機能も合わせ持つ、すなわち２つの異なる輸送機能をデュアルで示す新型アクアポリンを対象として、分子生理学および電気生理学的手法によって機能特性を解明すること、また免疫組織化学や形質転換体を用いて生理機能を明らかにすることを目指している。
本年度はイネの原形質膜型アクアポリンPIP11種をアフリカツメガエル卵母細胞に発現させて二電極電圧クランプ法を適用して解析した。その結果イネ原形質膜型アクアポリンの一つOsPIP2;4がK+やNa+を透過させることを見出した。OsPIP2;4は葉より根での発現が高く、間接蛍光抗体法により主として外皮で発現していることがわかった。OsPIP2;4は、細胞外Ca2+濃度が低いときは一価カチオンに対する輸送活性を示した（透過性の順序はK+ > Na+ > Rb+ ～ Cs+ > Li+）が、高Ca2+条件ではイオン輸送活性は阻害された（IC50=92μM）。OsPIP1型アクアポリンと共発現させると、OsPIP2;4のイオン輸送性は阻害された。人為的にアミノ酸を置換した変異OsPIP2;4の解析から、水輸送とイオン輸送は分子内で別々の機構によって制御されていると考えられた。すなわち、水を輸送するが一価カチオンを輸送しない変異OsPIP2;4分子や、逆に水を輸送できないが一価カチオンを輸送する変異OsPIP2;4分子を得ることができた。またOsPIP2;4による過剰発現体と抑制体のイネ植物体を使って塩ストレス下でのNaやKの蓄積量を調べた結果、野生型イネと比べて過剰発現体では150 mM NaClの塩ストレスによってNaの蓄積が増加する一方で抑制体ではNaの蓄積が減少することが明らかになった。
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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
順調に実験、測定が進行している。これまでにオオムギのHvPIP2;8アクアポリンについて、イオン透過特性を同定して最初の報告（論文）を出すことができた。本年度はイネのイオン輸送性アクアポリンOsPIP2;4の特性解析を進めることができ、また植物体内での生理的役割を明らかにする実験、測定に着手した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、以下の２つの小課題を設定している。
小課題（A）：Na+透過性アクアポリンのイオン輸送特性と分子機構の解明
小課題（B）：Na+透過性アクアポリンによる形質転換植物体の解析
（A）については、R2年度中にHvPIP2:8、R3年はOsPIP2;4について輸送特性の解明を進めることができた、OsPIP2;4の成果については、R4年度中に論文とする。またイオン輸送活性を実現している分子メカニズム、イオン透過孔の分子構造モデルを実証する実験を進める。
（B）についてはNa+透過性アクアポリンOsPIP2;4形質転換植物イネ（抑制体、過剰発現体）をについて生育特性、特に塩ストレス環境下での生育、ストレス耐性、ナトリウムの蓄積などの測定を始めている。現在抑制体が1系統しかないので、独立した別の抑制系統の作出を進めている、R4年夏には、新しい抑制体の種子が入手できる予定であるので、この系統を加えて植物体でのイオン透過性アクアポリンOsPIP2;4についての生理的役割を明らかにする研究を推進する。
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| Causes of Carryover |
イネ植物体におけるOsPIP2;4の生理機能解析のために必要な、育成資材やイオン分析経費に使用する。
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Research Products
(4 results)
