2020 Fiscal Year Research-status Report
花粉管の先端成長を制御するシグナル伝達の分子基盤と調節機構の解析
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20K15817
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
武内 秀憲 名古屋大学, 高等研究院(WPI), 特任助教 (10710254)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 受容体 / シグナル伝達 / 花粉管 / 誘引物質 / シロイヌナズナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
被子植物は雄の配偶体細胞である花粉管を用いて生殖を行う。花粉管は先端成長により雌しべの中を進み、胚珠の内部まで精細胞を運ぶことで受精に寄与する。花粉管の先端成長、すなわち伸長・誘引は、細胞自律的な制御と外部シグナルによる制御を統合することで達成されると考えられている。しかしながら、伸長と誘引が統合的に制御される分子機構はあまり分かっていない。
本研究では、花粉管の伸長と誘引の両方の制御に重要な役割を果たすPRK受容体、その下流のROPシグナル伝達分子に着目することで、花粉管の伸長・誘引の分子機構を解析した。さらに、PRK6により受容される花粉管誘引ペプチドAtLURE1が、細胞内のROPシグナル伝達を変調する仕組みの解明を目指した。
まず、花粉管で発現する3つのROP遺伝子に対する多重変異体の作成を進めたが、三重ホモ接合変異体は得られなかった。このことは、花粉管のROPが花粉管の機能に必須であることを示唆しており、遺伝学的に明示した初めての結果である。またROPGEFタンパク質（低分子量GTPアーゼであるROPタンパク質の活性化因子）にも注目し、花粉管で発現する全てのROPGEFを欠損する五重変異体を作出し、花粉管伸長の経時観察、誘引ペプチドAtLURE1に対する応答性を解析した。ropgef五重変異体の花粉管は、伸長速度やAtLURE1に対する応答性に異常を示したが、花粉管の伸長能は完全には損なわれていなかった。ROPシグナル伝達に関与すると考えられるその他の因子の解析も進め、ROPシグナル伝達のバランスが時空間的に制御されることが効率的な花粉管の伸長・誘引に重要であることが示唆された。
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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
花粉管のROPシグナル伝達に関わる因子の変異体整備を予定通り進め、表現型の解析に着手することができた。花粉管ROPは必須、ROPGEFは必須ではないが効率の調節に重要であるという知見を得たが、これは遺伝学的に明示された初めての成果である。花粉管の機能に重要であると期待される様々な因子の変異体リソースも着実に作出しつつある。これら因子の蛍光標識株やドメイン解析のための変異タンパク質の発現株の準備も進み、次年度解析を行う準備はできたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ropgef五重変異体に各種変異型ROPGEFを導入した花粉管の解析、PRK受容体およびROPGEFのリン酸化や相互作用の解析を進めることで、PRK-ROPGEF制御の実態を明らかにする。また、ROPシグナル伝達因子の蛍光標識株と変異体を組み合わせて解析することで、シグナル伝達の連関と時空間的な制御機構に関する知見を得る。PRK6-ROPGEFのFRET系の確立も目指し、花粉管における相互作用のダイナミクスをライブ解析する。
花粉管の伸長時だけでなく、AtLURE1に対して応答する際の各分子のダイナミクスもライブ解析により調べる。これにより、AtLURE1がPRK-ROPGEFのモジュールを介して適切な位置・タイミングでROPを活性化する仕組みの一端を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症への対応により、物品費や旅費が当初見込んでいたものよりも少なくなったため、次年度使用額が生じた。また、当該年度は既存の物品・技術により研究を進めることになり、物品を購入して行う解析や実験材料の管理に係る研究補助員の雇用が次年度に集約されると見込み、予算の一部を繰り越した。
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