ハエトリソウを用いた運動力を発生させる分子機構の解明

• Project/Area Number: 22KJ0450
• Project/Area Number (Other): 22J00902 (2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 須田 啓 埼玉大学, 理工学研究科, 助教
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 傾性運動 / ハエトリソウ

Outline of Research at the Start

本研究では接触刺激に応じて高速運動するハエトリソウについて，「運動を開始する力の発生メカニズム」を解明する。高速運動に関わるであろう候補遺伝子の遺伝子組み換えハエトリソウを作製し，運動においてそれらの遺伝子が果たす役割を明らかにする。さらにシミュレーションを用いて，明らかとなった分子機構で葉身運動を説明できるのかを評価し，組織全体の運動を細胞レベルの分子機構でどのように制御しているのかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度作出したハエトリソウにおけるPDLP6のホモログ遺伝子の過剰発現株を用いて、接触刺激に対する応答をカルシウムイオン動態と運動観察によって解析し、PDLP6が葉身運動に与える影響を評価した。
PDLP6タンパク質に融合した赤色蛍光タンパク質mScarlet-Iの蛍光から、PDLP6が細胞質に発現している様子が観察された。感覚毛へ2度の接触刺激を与えたところ、葉身の閉合運動が観察された。また、二光子共焦点顕微鏡を用いてカルシウムセンサータンパク質GCaMP6fの輝度の変化を感覚毛の細胞にて観察したところ、野生株と同様にマニピュレーターによる接触刺激に応じた細胞質でのカルシウムイオン濃度の上昇が観察された。これらのことからハエトリソウのPDLP6タンパク質は接触刺激に応じたカルシウムイオン動態と葉身運動のいずれも完全には阻害しないことが示唆された。
ハエトリソウにおけるアクアポリン（PIP）遺伝子のホモログを単離し、PIP遺伝子に融合したmScarlet-Iの発現によって蛍光スクリーニングすることでPIP遺伝子のホモログの過剰発現株の作出に成功した。
昨年度確立したDirect Linear Transformation method (DLT法)を用いて葉身の運動を解析した結果、葉身組織は均一な速度で運動するのではなく、葉縁の特定の領域側で高速に運動することが明らかになり、運動解析において着目すべき領域が明らかとなった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度までの結果を元に、より定量的なスクリーニングを実施するために蛍光顕微鏡用カメラの導入を検討したが、検討可能なカメラでは十分な輝度を確保できず、蛍光スクリーニングの効率向上が期待できなかった。このため熱ショックプロモーターなどの刺激依存的プロモーターを用いて株を樹立出来るだけの蛍光スクリーニング効率を確保することが難しく、当初の計画を変更して恒常的に遺伝子発現を誘導するプロモーターを用いて過剰発現株の獲得を目指したため、計画に遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

昨年度までの結果からDLT法による解析で葉身運動において時空間的に形態変化の起こる順序が明らかになりつつある。このため、各遺伝子組み換え株の運動を詳細に解析することで、各遺伝子がどの領域でいつ機能しているのかを評価し、運動のメカニズムについて明らかにする。とりわけ、野生株の解析で明らかになりつつある運動領域に着目することで解析を進める。

Research Products

• [Presentation] 浅川 裕紀, 須田 啓, 大井 祥子, 瀬上 紹嗣, 長谷部 光泰, 豊田 正嗣 (2024)
  • Author(s): ハエトリソウの接触誘導性電気シグナルの分子機構
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Calcium ion-mediated sensory and movement system in the Venus Flytrap (2023)
  • Author(s): Hiraku Suda
  • Organizer: The 2151st NIG Biological Symposium
  • Invited
• [Presentation] カルシウムシグナルと活動電位の同時測定 によるハエトリソウの接触刺激受容細胞の解析 (2023)
  • Author(s): 須田 啓, 浅川 裕紀, 長谷部 光泰, 豊田 正嗣
  • Organizer: 日本植物学会第87大会
• [Presentation] 膜力学モデルによるハエトリソウ閉合運動の力学的仕組みの解明 (2023)
  • Author(s): 津川 暁, 上村 壮汰, 浅川 裕紀, 須田 啓, 豊田 正嗣, 石本 志高
  • Organizer: 日本機械学会 M&M2023 材料力学カンファレンス
• [Presentation] 非モデル植物ハエトリソウを形質転換する ～その条件検討と手法の構築～ (2022)
  • Author(s): 須田 啓
  • Organizer: 第39回日本バイオテクノロジー学会
  • Invited
• [Presentation] Calcium ion-mediated memory and movement system in the Venus flytrap (Dionaea muscipula) (2022)
  • Author(s): Hiraku Suda
  • Organizer: Fifth webinar of the IRN France-Japan Frontiers in Plant Biology: Emerging models in plant sciences
  • Int'l Joint Research / Invited