2021 Fiscal Year Annual Research Report
植物の多細胞化に重要な構造・原形質連絡の形成に関わる分子基盤の解明とその進化
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21H02516
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤田 知道 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50322631)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 原形質連絡 / ストレプト植物 / 進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物では、細胞壁を貫き細胞間コミュニケーションに不可欠な構造として原形質連絡(PD)の存在が古くより知られている。しかしPDがどのように作られるのか、その分子基盤はいまでもわかっていない。本研究は、コケ植物の変異株で、PDがほぼ消失していたという申請者らの発見を端緒としている。本研究では変異株の責任遺伝子の機能とその標的因子の探索とともに解析を進め、PDを作るための分子基盤とその形成過程を明らかにする。またこの分子基盤が被子植物のシロイヌナズナや陸上植物の祖先群のシャジクモ藻で保存されているかどうかを調べ、シャジクモ藻から陸上植物を含むストレプト植物全体で、PD形成に関わる分子基盤の普遍性を検討する。
このためにモデルコケ植物であるヒメツリガネゴケを用いて①から⑤までを進めることを計画した。①ULMとLMがPD形成に必要十分であるかの遺伝学的検証を行う。② PD形成におけるULM→LM経路の遺伝学的検証を行う。 ③ ULMとLMの細胞内局在および相互作用を調査する。④ LMの下流でPD形成に関わる因子Xの探索とその変異株を作成する。⑤ 小胞体およびPD可視化株を作成する。
次にシロイヌナズナを用いて以下を研究も進めることを計画した。⑥シロイヌナズナでPD形成に関わると予想される変異株の収集および新たな変異株の作成を行う。変異株は致死性を回避するため、薬剤誘導型株を入手する。入手が困難な場合は自分たちで作成する。
その結果、ULM, LMの関与とその経路の重要性についての理解を前進させることができた。またLMの複数の制御因子がPD形成に関わることを明らかにした。さらにストレスホルモンであるアブシジン酸が細胞間コミュニケーション制御に重要であることからPDの形成との関わりを調査したところ、アブシジン酸によりPD形成は抑制されることを新たに見出した。
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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
植物に特有の細胞間コミュニケーションに不可欠な構造である原形質連絡(PD)がどのように作られるのか、その分子基盤はいまでもわかっていない。そこで本研究の初年度において、これまでの予備的な発見について複数の関連因子を中心に、PD形成との関わりについての検証を行なった。このためにモデルコケ植物であるヒメツリガネゴケを用いて①から⑤までの研究を計画した。①ULMとLMがPD形成に必要十分であるかの遺伝学的検証を行う。② PD形成におけるULM→LM経路の遺伝学的検証を行う。 ③ ULMとLMの細胞内局在および相互作用を調査する。④ LMの下流でPD形成に関わる因子Xの探索とその変異株を作成する。⑤ 小胞体およびPD可視化株を作成する。さらにシロイヌナズナを用いて⑥シロイヌナズナでPD形成に関わると予想される変異株の収集および新たな変異株の作成を行うことも計画した。
その結果、ULM, LMの関与とその経路の重要性についての理解を前進させることができた。またLMの制御因子のいくつかがPD形成に関わることも明らかにすることができた。さらにストレスホルモンであるアブシジン酸が細胞間コミュニケーション制御に重要であることからPDの形成との関わりを調査したところ、アブシジン酸によりPD形成は抑制されることを新たに見出すことができ、この点は当初の計画以上に進展したことであった。一方で、シロイヌナズナを用いた研究の進捗が予想通り進まなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点でも、植物の細胞間コミュニケーションに不可欠な構造である原形質連絡(PD)がどのように作られるのか、その分子基盤についてはほとんどわかっていない。そこで本研究では、コケ植物の変異株で、PDがほぼ消失していたという申請者らの発見を端緒として、初年度では、変異株の責任遺伝子の機能とその周辺の制御因子について解析を進め、PDを作るための分子基盤とその形成過程を明らかにしてきた。そこで２年目の今年度はこれまでの解析をさらに進め、PDの形成に直接関わる下流の標的因子の探索に迫りたい。そのために以下の7つの計画を中心に、モデルコケ植物であるヒメツリガネゴケとシロイヌナズナを用いて進める。
ヒメツリガネゴケを用いて以下の研究を進める。
① LMの制御因子例えば作用因子(EF)がPD形成に必要十分であるかの遺伝学的検証を行う。② LM→EF経路の遺伝学的検証を行う。③ LMとEFのそれぞれ細胞内局在の詳細な観察および共局在の可能性を調べる。さらにそれぞれの相互作用を複数の方法で調査する。④ LMの下流でPD形成に関わる因子Xの探索を行い、その変異株作成を作成しその作用を調査する。⑤ ストレスホルモンであるアブシジン酸によるPD形成の関与についてさらに調査する。⑥ アブシジン酸シグナル伝達因子のいくつかについて、その因子とPD形成の関係を調査する。
次にシロイヌナズナを用いて以下を進める。
⑦ シロイヌナズナでPD形成に関わると予想される変異株の収集および新たな変異株の作成を行う。変異株は致死性を回避するため、薬剤誘導型株を入手する。入手が困難な場合は自分たちで作成する。シロイヌナズナには1次PDと2次PDが存在するので、それぞれの形成のどちらに関わるのかを慎重に解析する。
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