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2015 Fiscal Year Research-status Report

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

Research Project

Project/Area Number 26440168
Research InstitutionAkita 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花粉形成 / L-アラビノキナーゼ / 糖代謝 / 突然変異体 / 細胞壁
Outline of Annual Research Achievements

イネの花粉突然変異体の解析から見出されたCAP1遺伝子は、花粉形成に必須な996アミノ酸からなるタンパク質をコードしている。CAP1タンパク質はシロイヌナズナのL-アラビノキナーゼ(EC 2.7.1.46)と高い相同性を示すが、アラビノキナーゼ活性の有無は不明である。そこで、CAP1の組換えタンパク質を作製し、その活性を測定した。まず、CAP1全長をeXactタグとの融合タンパク質として発現させ、eXactタグを除いて組換えタンパク質rCAP1を精製した。rCAP1を基質(L-arabinose、ATP)と反応させた後、このキナーゼ反応で残存したATP量をルシフェラーゼの発光で測定したところ、rCAP1はL-アラビノースをリン酸化するアラビノキナーゼであることが実証された。また、rCAP1は植物の細胞壁を構成する他の単糖はリン酸化しなかった。CAP1のN末端から中央領域(1~561aa)および中央からC末端領域(436~996aa)の変異タンパク質rCAP1_NおよびrCAP1_Cの活性を測定したところ、rCAP1_Cは活性が検出されたが、rCAP1_Nは全く活性が検出されなかった。従って、CAP1のアラビノキナーゼ活性には中央からC末端領域が重要であることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

予備実験の結果からCAP1タンパク質は大腸菌内で毒性があるらしく、組換えタンパク質の合成は困難が予想された。しかし、使用するベクターの変更などによって、酵素活性を測定できる程度のタンパク質を合成させることができた。これまでに精製したL-アラビノキナーゼを測定した論文報告は無く、同じ単糖キナーゼであるガラクトキナーゼの反応液を改変したところ、精製アラビノキナーゼの活性を初めて検出することができた。このアッセイ系の確立により、CAP1はL-アラビノース以外の単糖をリン酸化しないこと、キナーゼ活性には中央からC末端領域が重要であることを発見できた。アラビノキナーゼのアッセイ系を利用することで、化合物ライブラリーからCAP1の活性を阻害する新規化合物をスクリーニングすることも可能になった。CAP1阻害剤で花粉不稔を誘発することができれば、イネの交配育種の除雄作業が不要になり、育種の飛躍的進展に寄与できるだけでなく、花粉症対策にも貢献できる。

Strategy for Future Research Activity

CAP1の中央からC末端の領域には、キナーゼ活性に重要と予想されるGHMP kinase N-terminal domain(IPR006204)およびL-アラビノースと結合すると予想されるGalactokinase galactose-binding domain(IPR019539)が存在する。そこで、これらのドメインを欠如あるいはアミノ酸置換させた変異タンパク質を作製し、アラビノキナーゼ活性の有無を解析する。また、シロイヌナズナのゲノム内の解析により、イネCAP1のオーソログと予想される遺伝子AtARA2が見出されている。そこで、AtARA2の遺伝子破壊系統種子を入手し、これらの系統で花粉が正常に形成されるかを調べる。

Causes of Carryover

やむを得ず端数を残してしまった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

小額のため特に計画はないが、平成28年度分として使用する。

  • Research Products

    (7 results)

All 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Identification of QTLs controlling low-temperature germination of the East European rice (Oryza sativa L.) variety Maratteli2016

    • Author(s)
      Satoh T., Tezuka K., Kawamoto T., Matsumoto S., Satoh-Nagasawa N., Ueda K., Sakurai K., Watanabe A., Takahashi H., Akagi H.
    • Journal Title

      Euphytica

      Volume: 207 Pages: 245-254

    • DOI

      10.1007/s10681-015-1531-z

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Oryza barthiiにおいてカドミウムによって発現変動する遺伝子の解析2016

    • Author(s)
      宮川典子、高橋美紀、上田健治、櫻井健二、渡辺明夫、高橋秀和、赤木宏守
    • Organizer
      第129回日本育種学会講演会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-03-21 – 2016-03-22
  • [Presentation] イネの低温発芽性を向上させるQTLの効果を高めるqGLT3-2のファインマッピング2016

    • Author(s)
      佐藤知拡、上田健治、櫻井健二、渡辺明夫、高橋秀和、赤木宏守
    • Organizer
      第129回日本育種学会講演会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-03-21 – 2016-03-22
  • [Presentation] KORPOKKUR遺伝子は正常な細胞の発達と栄養成長期の相転換に必須である2016

    • Author(s)
      佐藤(永澤)奈美子、永澤信洋、上田健治、長戸康郎、我彦広悦
    • Organizer
      第57回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      盛岡
    • Year and Date
      2016-03-18 – 2016-03-20
  • [Presentation] イネ老化特異的遺伝子OsNY37によって制御される遺伝子の探索2016

    • Author(s)
      El mannai Yousra、金野菜穂、上田健治、佐藤(永澤)奈美子、我彦広悦
    • Organizer
      第57回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      盛岡
    • Year and Date
      2016-03-18 – 2016-03-20
  • [Presentation] 新規雄性配偶子膜特異的膜タンパク質AtLGM1の機能解析2015

    • Author(s)
      高橋太郎、森稔幸、上田健治、豊岡博子、山田力志、澤田均、野崎久義、井川智子
    • Organizer
      日本植物学会第79回大会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2015-09-06 – 2015-09-08
  • [Presentation] イネcap1変異体における花粉形成過程の微細形態解析2015

    • Author(s)
      平塚理恵、上田健治
    • Organizer
      日本植物形態学会第27回大会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2015-09-05

URL: 

Published: 2017-01-06  

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