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2013 Fiscal Year Research-status Report

細胞質に存在する遊離型糖鎖の植物成長制御機能の証明と植物育種への応用

Research Project

Project/Area Number 24580495
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

木村 吉伸  岡山大学, その他の研究科, 教授 (70195387)

Keywords植物糖タンパク質 / 遊離N-グリカン / エンドグリコシダーゼ (ENGase) / ペプチド: N-グリカナーゼ (PNGase) / N-グリカン代謝 / 遺伝子発現抑制変異株 / 遺伝子過剰発現変異株 / 糖鎖機能
Research Abstract

植物の成長組織中には,遊離型のアスパラギン結合糖鎖(N-グリカン)がμM濃度で存在する。しかしながら,これら遊離型糖鎖の生理機能に注目した研究は少ない。本申請では,糖鎖代謝に関与する酵素の遺伝子発現制御を通して,①遊離N-グリカンの植物成長あるいは果実熟成の制御機構に関わる生理機能を実証するとともに,②その生理機能を植物成長制御技術の開発へ応用することを目的としている。平成25年度には,我々がすでに遺伝子同定に成功しているPNGase の遺伝子情報を基にして,酸性PNGase (aPNGase)遺伝子の過剰発現トマトの構築に成功した。アラビドプシスについては2種類存在するPNGase遺伝子のシングルノックアウト株の掛け合わせにより,aPNGase 遺伝子破壊株の構築を試みた。その結果,aPNGas遺伝子を十数倍過剰発現させたトマトにおいては,果実強度あるいは植物体形態に特異的な変化が確認されるとともに,遊離糖鎖の構造特性が変化することを明らかにした。この結果は,aPNGase 遺伝子の発現レベルが植物分化に寄与していることを示唆している。更に,トマト実生を使用し,根,茎,葉における ENGase,2種 PNGase の遺伝子発現レベル及び遊離糖鎖の構造特性と生成量についての解析を行い,それぞれの遺伝子発現が組織特異的であることを明らかにした。その他,植物複合型糖鎖の代謝分解に関わる酵素の一つである β-ガラクトシダーゼを銀杏種子から単一精製後,酵素学的諸性質を明らかにするとともに,N-末端配列を同定した。精製酵素はルイス a 抗原含有N-グリカンに対して活性を示したことから,複合型糖鎖の代謝に関与することが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初計画に従って,平成24年度迄には2種糖鎖代謝酵素(PNGase,ENGase)遺伝子をノックアウ或いはノックダウンした植物体の構築やそれぞれの変異体植物が発現する遊離糖鎖の構造特性や生成量変動を明らかにした。平成25年度には,植物に特徴的な酸性PNGase 遺伝子を過剰発現させたトマトの構築に成功するとともに,複合型遊離糖鎖量の変動を確認した。そして,酸性PNGase遺伝子発現昂進が果実強度や植物体形態に特徴的な変化を誘引することを明らかにした。この結果は,遊離糖鎖が果実熟成や植物分化にシグナル分子として機能する可能性を分子生物学的側面から示すものであった。また, ENGaseと2種 PNGase の遺伝子発現レベル及びこれら酵素により誘導される遊離糖鎖の構造特性が,植物組織(根,茎,葉)で特徴的であることを明らかにすることができ,遊離糖鎖の生成場所と機能発現場所が異なる可能性を見出した。以上の結果は,植物分化や果実熟成に関わる遊離糖鎖機能についての新たな知見を与えるものであった。

Strategy for Future Research Activity

酸性PNGase 遺伝子の過剰発現がトマト植物体および果実形態に変化をもたらすことを明らかにしつつあるので,中性PNGase およびENGase 遺伝子についても過剰発現体の構築を開始する。これらの酵素は機能発現場所が異なるため,それぞれにより生成する遊離糖鎖も部位特異的な機能を有する可能性があるため,糖鎖遊離酵素の組織分布あるいは細胞内分布解析を分子生物学的手法で明らかにする。また,遊離糖鎖機能を明らかにするためには,2種糖鎖遊離酵素(PNGase,ENGase)の両遺伝子をダブル(遺伝子数的には4重破壊)ノックアウ或いはノックダウンした植物体の構築を完了させることが必要である。更に,生成する遊離糖鎖の分解機構の視点から,遊離糖鎖の分解に関与するα-マンノシダーゼ,α-フコシダーゼ,β-ガラクトシダーゼ,β-キシロシダーゼ等の遺伝子同定と発現系構築を継続して行うとともに,これらグリコシダーゼ遺伝子のノックアウト体あるいは過剰発現体の構築を開始する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

(1)国際学会での成果発表を予定していたが,国際学会(日本-オーストリア間研究交流会)が日本で開催となったため。(2)分析機器使用料金の残余が生じた。(3)最終年度において,糖鎖関連酵素遺伝子過剰発現植物,発現抑制植物の構築,維持,表現型解析等に研究費が必要となるため。
(1)機能性糖鎖の構造解析に使用する分析機器使用料。(2)糖鎖関連酵素遺伝子過剰発現植物,発現抑制植物の構築,維持,表現型解析。

  • Research Products

    (26 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (18 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Large Scale Preparation of Glycopeptides Harboring TF-antigen Unit from Royal Jelly2014

    • Author(s)
      Maeda, M., Tanaka, T., Kimura, M., and Kimura, Y.
    • Journal Title

      Biosci. Biotechnol. Biochem.,

      Volume: 78 Pages: 000

  • [Journal Article] Changes in Glycinin Digesting Protease Activity During Soybean Germination.2014

    • Author(s)
      Md. Akhtaruzzaman, Maeda,M., Kitagawa,K., Takagi, S., Kimura, Y.
    • Journal Title

      岡山大学農学部学術報告

      Volume: 103 Pages: 1-4

  • [Journal Article] Purification and characterization of β-xylosidase that is active for plant complex type N-glycans from tomato (Solanum lycopersicum): removal of core α1-3 mannosyl residue is prerequisite for hydrolysis of β1-2 xylosyl residue.2013

    • Author(s)
      Yokouchi, D., Ono, N., Nakamura, K., Maeda, M., and Kimura, Y.
    • Journal Title

      Glycoconj. J.

      Volume: 30 Pages: 463-472

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 植物糖タンパク質の代謝に関わる糖鎖関連酵素の機能特性と遊離型糖鎖の存在意義;植物 endo-β-N-acetylglucosaminidase (ENGase)とpeptide:N-glycanase (PNGase)-2013

    • Author(s)
      前田 恵,木村吉伸
    • Journal Title

      応用糖質科学

      Volume: 3 Pages: 77-86

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Purification and Molecular Characterization of Ginkgo biloba β-Xylosidase Active for Plant Complex Type N-Glycans.2013

    • Author(s)
      Maeda, M., Akiyama, T., Yokouchi, D., Woo, K. K., and Kimura, Y.
    • Journal Title

      Biosci. Biotechnol. Biochem.,

      Volume: 77 Pages: 1973-1976

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large-Scale Preparation of Asn-Glycopeptide Carrying Structurally Homologous Antigenic N-Glycan2013

    • Author(s)
      Maeda, M., Takeda, N., Mano, A., Yamanishi, M., Kimura, M., and Kimura, Y.
    • Journal Title

      Biosci. Biotechnol. Biochem.,

      Volume: 77 Pages: 1269-1274

  • [Journal Article] Alteration of cytoskeletal molecules in a human T cell line caused by continuous exposure to chrysotile asbestos.2013

    • Author(s)
      Kumagai-Takei, N., Hayashi, H., Matzuzaki, H., Lee, S., Hirastauka, J-i., Nishimura, Y., Kimura, Y., Ostuki, T
    • Journal Title

      Immunobiology.

      Volume: 218 Pages: 1184-1191

  • [Presentation] Free N-glycans in plants: structural features and putative function

    • Author(s)
      Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      The 3rd Austria/Japan Seminar on Comparative and Developmental Glycobiology
    • Place of Presentation
      理化学研究所(和光市)
    • Invited
  • [Presentation] Purification and characterization of Ginkgo biloba β-xylosidase that is active for plant complex type N-glycans

    • Author(s)
      Tsuyoshi Akiyama, Megumi Maeda, and Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      The 3rd Austria/Japan Seminar on Comparative and Developmental Glycobiology
    • Place of Presentation
      理化学研究所(和光市)
  • [Presentation] Physiological function of free N-glycans involved in protein folding

    • Author(s)
      Tatsuya Tanaka, Megumi Maeda, and Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      The 3rd Austria/Japan Seminar on Comparative and Developmental Glycobiology
    • Place of Presentation
      理化学研究所(和光市)
  • [Presentation] Large-Scale Preparation of Asn-Glycopeptide Carrying Structurally Homologous Antigenic N-Glycan

    • Author(s)
      Naoto Takeda, Megumi Maeda, and Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      The 3rd Austria/Japan Seminar on Comparative and Developmental Glycobiology
    • Place of Presentation
      理化学研究所(和光市)
  • [Presentation] Effect of EUL-Related Nucleocytoplasmic Lectin from Arabidopsis thaliana, ArathEULS3, on the Root Growth under Salt Stress.

    • Author(s)
      Megumi Maeda, Jonas van Hove, Elke Fouquaert, Yoshinobu Kimura and Els Van Damme
    • Organizer
      Annual Meeting of the Society for Glycobiology2013
    • Place of Presentation
      Petersburg, Florida, USA
  • [Presentation] Suppression of Cytosolic and Acidic Peptide:N-Glycanase (PNGase) inArabidopsis thaliana.

    • Author(s)
      Tsuyoshi Akiyama, Megumi Maeda, Kazuhito Fujiyama and Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      Annual Meeting of the Society for Glycobiology2013
    • Place of Presentation
      Petersburg, Florida, USA
  • [Presentation] Physiological Function of Free N-glycan involved in Protein Folding.

    • Author(s)
      Tatsuya Tanaka, Megumi Maeda, Yoshito Abe, Junichiro Futami and Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      Annual Meeting of the Society for Glycobiology2013
    • Place of Presentation
      Petersburg, Florida, USA
  • [Presentation] Large-scale Preparation of Asn-Glycopeptide Carrying Plant Antigenic N-Glycan and The Immunomodulatory Activity on Human Monocyte Derived Dendritic Cells.

    • Author(s)
      Naoto Takeda, Megumi Maeda, and Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      Annual Meeting of the Society for Glycobiology2013
    • Place of Presentation
      Petersburg, Florida, USA
  • [Presentation] 酸性 Peptide:N-glycanase 植物遺伝子の過剰発現及び発現抑制を通した糖タンパク質糖鎖の生理機能解析

    • Author(s)
      村田翔平,前田恵,中村浩介,中野龍平,木村吉伸
    • Organizer
      おかやまバイオアクティブ研究会 第44回シンポジウム
    • Place of Presentation
      岡山市
  • [Presentation] イネEDEM様タンパク質の昆虫細胞を用いた発現系の構築

    • Author(s)
      兵庫 彬斗, 江原 愛美, 前田 恵, 木村 吉伸
    • Organizer
      第86回 日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜市
  • [Presentation] 酸性Peptide:N-glycanase (PNGase) 過剰発現トマトの構築

    • Author(s)
      村田翔平,前田恵,中村浩介,中野龍平,木村吉伸
    • Organizer
      第37回講演会(日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部合同大会)
    • Place of Presentation
      広島市
  • [Presentation] 植物複合型糖鎖の代謝に関与するβ-ガラクトシダーゼ (β-Gal'ase) の精製と酵素学的性質

    • Author(s)
      Ziaur Rahman ,秋山剛, 前田恵,木村吉伸
    • Organizer
      第37回講演会(日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部合同大会)
    • Place of Presentation
      広島市
  • [Presentation] 植物細胞の小胞体品質管理機構に関わる糖鎖関連タンパク質の機能解析

    • Author(s)
      兵庫彬斗,前田恵,木村吉伸
    • Organizer
      日本農芸化学会中四国支部例会
    • Place of Presentation
      高松市
  • [Presentation] 酸性Peptide:N-glycanase (PNGase) 過剰発現トマトの構築と遊離糖鎖構造解析

    • Author(s)
      村田翔平,前田恵,木村吉伸
    • Organizer
      日本農芸化学会中四国支部例会
    • Place of Presentation
      高松市
  • [Presentation] 植物エンドグリコシダーゼの部位特異的変異導入による酵素活性制御

    • Author(s)
      前田恵,瀬尾和子,岡本尚子,木村吉伸
    • Organizer
      平成26年度日本農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] 淡水性藻類に発現される N-グリカンの構造解析:ルイス a エピトープ含有糖鎖のスクリーニング

    • Author(s)
      前田恵,谷 美里,木村吉伸
    • Organizer
      平成26年度日本農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] Purification and characterization of plant β-galactosidase that hydrolyzes β1-3 Gal residue in complex type N-glycans

    • Author(s)
      Md. Ziaur Rahman, Megumi Maeda, and Yoshinobu Kimura
    • Organizer
      平成26年度日本農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] トマト実生中におけるENGaseとPNGase の発現解析及び遊離糖鎖の分布解析

    • Author(s)
      前田恵,松丸千紘,木村吉伸
    • Organizer
      平成26年度日本農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Book] Chemistry, Molecular Sciences and Engineering -Structural and Functional Features of Plant Glycoprotein Glycans-2013

    • Author(s)
      Maeda, M., and Kimura, Y.
    • Total Pages
      16
    • Publisher
      Elsevier.

URL: 

Published: 2015-05-28  

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