2022 Fiscal Year Research-status Report
糖転移酵素変異株を用いた植物におけるアラビノガラクタンプロテインの新規機能探索
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21K20653
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大西 真理 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (50377793)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2024-03-31
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| Keywords | アラビノガラクタンプロテイン / 原形質連絡 / 細胞壁 / 糖転移酵素 / 糖鎖 / 気孔 / シロイヌナズナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アラビノガラクタンプロテイン (Arabinogalactan protein : AGP) は、大きく複雑なガラクトースに富んだ糖鎖修飾を特徴とする植物特異的な細胞外プロテオグリカンファミリーである。AGPは植物において様々な重要なプロセスに関与しているが、分子数が多く重複性が高いため、包括的な機能解析が困難であった。そこで、本研究ではAGPの糖鎖修飾が活性に重要であることに着目し、AGPの糖鎖修飾の第一段階であるヒドロキシプロリンにガラクトースを付加する糖転移酵素群Hyp O-ガラクトシルトランスフェラーゼ（Hydroxyproline O-galactosyltransferases ：HPGT1, HPGT2, HPGT3）の三重変異株の詳細な表現型解析を基軸として、シロイヌナズナにおけるAGPの新規機能を明らかにすることを試みた。
その結果、機能的なAGPの減少により、2つ以上の気孔がクラスター化する気孔パターン形成異常が引き起こされることが明らかとなった。AGPの気孔に対する影響はこれまでに報告がなく、AGP関連における新規の表現型であった。この気孔のクラスター化をもたらす原因を更に探ったところ、hpgt1,2,3三重変異株の葉において分岐部分に空洞を持つ透過性の高い複雑な原形質連絡の割合が増加し、シンプラスト輸送が亢進していたことから、原形質連絡の構造変化によりシンプラスト輸送の調節不全となり、気孔のパターン形成に関わる因子を制御できなくなっていると考えられた。また、hpgt1,2,3 変異株では細胞壁におけるセルロース割合の減少と、細胞壁の可塑性を制御するペクチンの割合が増加することも明らかにした。この結果は、原形質連絡の正常な生合成におけるAGPの重要性を示しており、原形連絡を取り囲む細胞壁特性の調節を通じて作用していると考えられる。
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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
AGPは分子数が多く、機能的重複性の高さから解析が困難であったが、本研究ではその機能に糖鎖付加という翻訳後修飾が重要であることに着目した。したがって、この糖鎖修飾の第一段階を担う糖転移酵素群HPGT1, HPGT2, HPGT3の三重変異株はAGP全体の機能抑制株であり、AGPが重要な機能を有する部位が表現型として現れることが期待される。本研究においてhpgt1,2,3三重変異株の詳細な表現型解析を行った結果、気孔のクラスター化の促進というAGPが関わる新規の表現型を見つけることができた。更にAGP糖鎖が原形質連絡の形成に重要であり、細胞壁の構成多糖にも影響を及ぼすことも明らかにすることができた。また、様々な生育環境における表現型観察や、トランスクリプトーム解析、リン酸化プロテオミクスも行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は原形質連絡の形成メカニズムにAGPがどのように関わっているのかを明らかにするため、hpgt1,2,3三重変異株の原形質連絡に着目したトランスクリプトーム解析やプロテオーム解析を進める。
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| Causes of Carryover |
海外から輸入する試薬の納品が大幅に遅れており、納品とそれに伴う実験を次年度に行うため。
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[Journal Article] Peptide ligand-mediated trade-off between plant growth and stress response2022
Author(s)
Mari Ogawa-Ohnishi, Tomohide Yamashita, Mitsuru Kakita, Takuya Nakayama, Yuri Ohkubo, Yoko Hayashi, Yasuko Yamashita, Taizo Nomura, Saki Noda, Hidefumi Shinohara, Yoshikatsu Matsubayashi
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Journal Title
Science
Volume: 378
Pages: 175-180
DOI
Peer Reviewed
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