ラジオアイソトープ、微少電極、蛍光プローブを相補的に用いた植物根のイオン輸送解析
| Project/Area Number |
19KK0148
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田野井 慶太朗 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90361576)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 奈通子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (60708345)
杉田 亮平 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (60724747)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 放射性トレーサー / 植物 / イオン / 放射性同位体 / 蛍光寿命イメージング法 / 微小イオン電極測定装置 / ラジオアイソトープ利用 / イオン輸送解析 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、植物がイオン環境の変化を検知し迅速に対応するメカニズムには細胞質内イオン濃度の変動が直接的に関わっているとの仮説を立て、これを国際共同研究において検証する。従来から、イオンの欠乏や過剰に応じた細胞内シグナリングにおいては、細胞質内イオン濃度変化を起点とするモデルが想定されている。しかしながら、実際に細胞質内イオン濃度変化とイオン吸収速度変化を同組織部位で測定した例はほとんどなく、イオン環境を検知する分子は不明である。本研究では、迅速な環境応答の一つである根のイオン吸収活性を把握しながら細胞質内イオン濃度の情報を得ることで、植物のイオン環境検知メカニズムの解明にせまる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでにマグネシウムイオンやナトリウムイオンにおいて、根の周囲で濃度変化が生じると10分以内にイオン吸収/排出速度を調整することを本研究代表者らは捉えており、このメカニズムの詳細に関する研究をオーストラリアタスマニア大学とイタリアミラノ大学と共同で進めている。現在、植物の根が細胞質内イオン濃度の変化を検知しているという仮説の検証を目的として、マグネシウムイオンとナトリウムイオンの吸収速度を解析対象とし、細胞質内イ オン濃度とイオン吸収速度の関係について法則性を明らかにする取り組みを行っている。
本年度は、細胞内Mg2+濃度を把握するための蛍光プローブを発現させた植物の作成を試みた。その結果、FRETを利用したMg2+は根で蛍光タンパク質を発現できたラインを見つけることができなかったが、BRETを利用したMg2+プローブの発現に成功した。特にプローブ発光の強いラインを選抜してMg2+濃度に対する応答をin vitroおよびin vivoで解析したところ、残念ながらMg2+濃度で発する蛍光波長に変化が生じないことがわかった。今後は、FRETタイプのMg2+プローブを根で発現するためにコンストラクトを複数試行したり、rdr-6のような変異体を用いて再度挑戦する計画である。
根からのNa+排出場所についてSOS1タンパク質が関与していることを証明するため、sos1変異体をゲノム編集で作成し、22Na+を用いたトレーサー実験を行った。その結果、sos1変異体においてNaの根での蓄積が明らかとなった。今後は、この変異体をベースとして、SOS1タンパク質を根のさまざまな部位に発現させることで、どの位置のSOS1タンパク質が重要な役割を担っているのかをあきらかにすることを計画している。
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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
コロナ禍で海外渡航しての実験ができていないが、日本でやれることを率先して実施しているので海外渡航が延期になっているが全体として順調に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
マグネシウムイオンについては、蛍光プローブを発現させた植物の作成に苦労はしているが、まだ試していない解決策があるのでそれをひとつずつ進めたい。こうして作り込んだ植物を準備できたら、ミラノ大学にてFLIMを行うとともに、国内にてFRET計測も実施したいと考えている。
ナトリウムイオンについては、SOS1をさまざまな部位で発現させた植物の準備を進めたい。この植物においても、将来的にはタスマニア大学のMIFEでNa+排出を計測する予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
