根の液胞動態変化が環境応答に果たす役割の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K05867
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 中山 真由美 東北大学, 生命科学研究科, 博士研究員 (70814317)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 環境応答

Outline of Annual Research Achievements

シロイヌナズナにおいて環境ストレス回避の前後で変動する液胞局在の膜タンパク質の機能解析を行うことによって，根の環境応答機構における液胞の役割を見出すことを目的に，以下の研究を実施した。
液胞動態変化または環境ストレス耐性に関与する因子の探索と機能解析:
(1)出芽酵母過剰発現系の構築：先行したプロテオーム解析により，シロイヌナズナ根において，環境ストレス回避の前後で機能する可能性のある候補タンパク質が絞り込まれており，これらについて近縁種植物等の調査を進め，オルソログ候補遺伝子についてリストを作成し，出芽酵母で過剰発現系の構築を進めた。一方で，当初予定していた発現系では，液胞トランスポーター等の膜タンパク質については，取り込みや排出が過剰になることで致死性を示す可能性が示唆されたことから，候補遺伝子の発現を制御できる発現系も併せて構築を進めた。また，次年度にこれらの形質転換体を用いて，環境ストレスやオートファジー誘導時のプロテオーム解析を行うため，二次元電気泳動や質量分析等の実験系を整備した。
(2)大腸菌過剰発現系の構築：出芽酵母と同様に候補ついては，近縁種植物等のオルソログ候補遺伝子を調査し，大腸菌での過剰発現系の構築を進めており，それらの培養液について質量分析等を行う準備を進めている。
(1)，(2)の候補にはトランスポーター以外の膜タンパク質も含まれており，解析手法等を検討し，液胞局在の膜タンパク質の機能解析を進める。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

計画通り出芽酵母および大腸菌において候補遺伝子の過剰発現系の構築を進めたが，予定していたプロテオーム解析が質量分析装置故障により，解析時期が遅延した。

Strategy for Future Research Activity

(1)出芽酵母過剰発現系の構築：出芽酵母の形質転換体において，オートファジー誘導時の液胞の挙動を解析することで，候補分子による基質の取り込みと排出の有無を確認し，液胞動態への影響について蛍光試薬等を用いて形態学的な解析を行う。 また，有効な過剰発現体については，プロテオーム解析を行う。
(2)大腸菌過剰発現系の構築：大腸菌においても過剰発現体作出時やオートファジー誘導時に，致死性を示す可能性も想定している。その際は，大腸菌での候補遺伝子の発現量を最適化した過剰発現系を構築し，菌体培養液中に排出または菌体内に蓄積する物質をメタボローム解析により輸送物質を同定し，機能を推定する。
(1)，(2)の推進により，候補とした液胞局在の膜タンパク質の根の環境応答機構における機能を明らかにする。

Causes of Carryover

(1)および(2)で実施を予定していたプロテオーム解析およびメタボローム解析に使用する分析装置について，不調により分析を延期したため，これらの解析にかかる物品費，装置使用料が次年度使用額として生じた。次年度にプロテオーム解析およびメタボローム解析の実施を計画している。