2013 Fiscal Year Annual Research Report
植物環境応答におけるオルガネラCa2+シグナリングの役割と分子機作
Publicly Offered Research
| Project Area | Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses |
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| Project/Area Number |
25120723
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Kyoto Prefectural University |
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Principal Investigator |
椎名 隆 京都府立大学, 生命環境科学研究科(系), 教授 (10206039)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 葉緑体 / ミトコンドリア / Ca2+ / CAS / 免疫 / 循環的電子移動 |
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| Research Abstract |
カルシウムイオン(Ca2+)は、「植物の環境感覚」において中心的に働くセカンドメッセンジャーであある。一方、動物細胞や酵母では、ミトコンドリアや核などのオルガネラでも特異的なCa2+シグナルが生じ、アポトーシス制御や転写因子の活性化に深く関わっている。しかし、葉緑体を初めとする植物オルガネラにおけるCa2+動態やその生理的役割についてほとんど分かっていない。
本年度は、①オルガネラCa2+シグナル発生機構の解析と、②オルガネラCa2+シグナルの生理的役割の研究に主に取り組んだ。
研究①については、根においても色素体に塩ストレスや浸透圧ストレスに応答したCa2+シグナルが生じ、その発生に細胞外からのCa2+流入が必要であることを明らかにした。ミトコンドリアCa2+シグナルについては、候補因子MICU1やMSL1の機能解析を継続して進めている。研究②については、CASが光化学系Iの循環的電子移動の制御因子PGRL1と相互作用することを明らかにした。しかし、PGRL1変異体において感染抵抗性遺伝子の発現は大きな影響を受けておらず。CAS依存免疫応答における循環的電子移動の役割はまだ明らかになっていない。一方、免疫応答遺伝子の発現制御に光合成電子移動が必要であることを明らかにしている。また、CASの過剰発現によって根の伸長促進が起こることも明らかに下。ミトコンドリアCa2+シグナルの生理的役割については、Ca2+輸送制御因子候補のMICU1を過剰発現することで、植物ミトコンドリア機能が抑制されることを明kにした。ミトコンドリア機能がCa2+シグナルによって制御されている可能性が考えられる。
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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
葉緑体Ca2+シグナルの発生機構とその生理的役割については、生理的役割の解析に大きな進展があった。（１）まず、高等植物においてもチラコイド膜Ca2+結合タンパク質CASが光化学系Iの循環的電子移動制御因子PGRL1と相互作用することを明らかにした。また、光合成の電子伝達を阻害すると免疫応答遺伝子発現が大きく抑制されることも明らかにした。これらの結果は、葉緑体にCa2+依存の電子移動制御機構が存在し、その制御を介して植物免疫応答がコントロールされている可能性を示唆しており、葉緑体Ca2+シグナルの生理機能について大きな進展があった。
また、色素体Ca2+シグナルについて、根の色素体においても浸透圧や塩ストレスに応答してCア②＋シグナルが生じることが明らかになった。これは、根の色素体のCa2+シグナルについての初めての報告である。さらに、色素体Ca2+シグナルの発生に細胞外からのCa2+流入が必要であることを明らかにした。ほぼ当初目的を達成している。
ミトコンドリアCa2+シグナルについては、まだミトコンドリアCa2+シグナルの」直接測定には至っていないものの、ミトコンドリアCa2+輸送制御因子MICU1のミトコンドリア局在や過剰発現によるミトコンドリア機能抑制などの事実を明らかにした。ミトコンドリア機械受容チャネルMSL1の機能解析も進めており，当初の目標を達成している。
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| Strategy for Future Research Activity |
植物オルガネラCa2+シグナルの発生機構および生理機能を解明するために，今後以下の研究を推進する。
（１）葉緑体Ca2+シグナルの発生機構について、根色素体におけるCa2+ダイナミクスの詳細な解析を進めるとともに、単離葉緑体を用いた解析を行い、葉緑体外（細胞質）Ca2+濃度の変化が葉緑体Ca2+シグナルに与える影響を直接評価する。
（２）葉緑体Ca2+シグナルの役割については、CASと循環的電子移動制御因子PGRL1が相互作用する事実をふまえ、循環的電子移動活性が免疫応答遺伝子の発現制御に関係している可能性を追求する。また、CASリン酸化部位変異体を発現する形質転換植物の作成を進めている。この変異体における免疫応答の変化を評価する。また、植物免疫応答に伴う葉緑体遺伝s二の発現制御にも注目し、その制御機構を解析する。
（３）ミトコンドリアCa2+シグナルの解析と，その発生機構、生理的役割については、動物ミトコンドリアのCa2+輸送制御因子MICU1およびミトコンドリア機械受容チャネルMSL1について、その機能解析を進める。両因子の過剰発現体やノックアウト（ダウン）変異体を作成しており、ミトコンドリア機能への影響を評価する。また、ミトコンドリアCa2+ダイナミクスの測定を行う。
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[Presentation] Functional Characterization of Mitochondrial Mechanosensitive Channel MSL1 in Arabidopsis thaliana2013
Author(s)
Yomogihara, S., Harada, N., Asakura, C., Yamaguchi, S., Ichikawa, M., Furuici, T., Shiina, T.
Organizer
24th International Conference on Arabidopsis Research
Place of Presentation
シドニー
Year and Date
20130624-20130628
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