植物の花粉形成で重要な働きをする新規アラビノキナーゼの機能解析

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26440168
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: 上田 健治 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (80279504)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 花粉 / アラビノース / 糖代謝 / 突然変異体 / 糖キナーゼ

Outline of Annual Research Achievements

イネの花粉形成で重要な働きをする新規のL-アラビノースリン酸化酵素（アラビノキナーゼ）CAP1の機能解析をおこなっている。花粉型アラビノキナーゼCAP1タンパク質に対する抗血清を作製した。この抗血清を用いて、花粉や葉に含まれるCAP1タンパク質を調べたところ、遺伝子配列から予想された分子量より低分子のシグナルが検出された。CAP1タンパク質は、C末端側に糖キナーゼドメインを含む以外に、N末端側には糖転移酵素ドメインが予想されていたことから、翻訳後に速やかに切断されて活性化する可能性が考えられた。一方、cap1変異体の花粉形成過程の細胞の詳細な観察から、小胞子分裂直後にすでに異常が始まることが明らかになった。小胞子分裂直後の花粉の細胞壁形成が不全になっていることに加えて、雄原細胞で細胞死がおこっていた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

CAP1タンパク質に対する特異抗体を作製してイムノブロット法で検出したところ、遺伝子配列から予想された分子量は約100kDaだったが、葉のタンパク質からは約50kDaのバンドが、花粉からは30kDaのバンドが検出された。CAP1タンパク質は組織特異的に翻訳後に切断されて活性化することが示唆された。このようなCAP1の特異性が明らかになりつつあるが、上記実験の再現性などに時間を要したため、組織レベルでの特異性の解析には至らなかった。変異花粉の表現型の詳しい解析では、電子顕微鏡観察によって花粉の栄養細胞と雄原細胞の細胞壁が共に形成不全になっていたことと、小胞子分裂後に雄原細胞が細胞死を起こしていることが観察できた。アラビノキナーゼは、細胞壁の代謝で遊離したフリーのアラビノースをリン酸化して細胞壁多糖へ再利用する経路で機能すると予想されている。したがって、CAP1は花粉形成過程で細胞壁形成に重要な役割をもつことがわかった。また、雄原細胞の細胞死はアラビノースの蓄積が細胞に有毒であることが示唆される。

Strategy for Future Research Activity

イムノブロット法で得られたCAP1のシグナルが、タンパク質のどの領域に相当するかを明らかにする必要がある。この実験と平行して平成26年度に計画していた免疫組織化学的解析を実施する。平成27年度に計画していた実験は予定通り実施する。

Causes of Carryover

CAP1タンパク質のイムノブロット法の実験で予想外の結果がでた。これはCAP1タンパク質の特異性が示された良い結果であると同時に、次に予定していた組織染色の実験が来年度に実施することになったためである。

Expenditure Plan for Carryover Budget

繰り越した差額は、平成27年度に免疫組織染色実験の経費として使用する。