細胞内生命金属動態を制御する植物の金属センシング機構

• 研究領域: 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
• 研究課題/領域番号: 19H05763
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 大阪公立大学 (2022-2023); 大阪府立大学 (2019-2021)
• 研究代表者: 高野 順平 大阪公立大学, 大学院農学研究科, 教授 (70532472)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 82,940千円 (直接経費: 63,800千円、間接経費: 19,140千円); 2023年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2022年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2021年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2020年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2019年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)
• キーワード: ホウ素 / トランスポーター / シロイヌナズナ / カスパリー帯 / 亜鉛 / 生命金属 / 植物 / トランスセプター

研究開始時の研究の概要

植物は生命金属 (金属やメタロイド) を根で土壌から吸収し、体内を輸送して利用する。植物は生命金属の欠乏や過剰を予防するため、細胞内外の生命金属濃度を感知 (センシング) し吸収・輸送を制御するしくみを備えている。本研究では、これらのしくみを特に輸送タンパク質(トランスポーター)の構造と細胞内局在・分解の関係に着目して明らかにする。研究成果は、土壌中の限られた生命金属の利用効率や蓄積が高い作物や有害金属を蓄積しない作物の作出につなげる。

研究成果の概要

植物における必須金属やメタロイドの輸送機構とそれらの感知機構の理解を目的とした。主な成果を列挙する。1、ホウ酸トランスポーターBOR1について、ホウ素に応じてエンドサイトーシスされて分解する際の、ホウ素感知の仕組みを解析した。ホウ酸濃度をその輸送サイクルにおけるコンフォメーション変化を通して感知し自身のユビキチン化と分解を制御することを支持する結果を得た。 2、シロイヌナズナの葯においてBOR1が花粉へホウ素を供給することを明らかにした。３、カスパリー帯がホウ酸の過剰な中心柱への流入を制限することを実証した。４、シロイヌナズナのMTPおよびZIP金属イオントランスポーターの局在解析を進めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、植物における必須金属やメタロイドの輸送機構とそれらを制御するための感知機構の理解を目的とした。特にホウ酸のトランスポーターがホウ酸濃度を感知し自己を制御するセンサーとしても働くことを示し、植物のトランスポーターの制御機構として学術的に新しいモデルを提案することができた。研究成果は土壌中の限られた栄養の利用効率や蓄積が高い作物や有害金属を蓄積しない作物の作出につながることが期待される。