オーキシン共受容体の特異的相互作用を実現するタンパク質改変と酸成長誘導機構の解明

• 研究課題/領域番号: 20K06685
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 高橋 宏二 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (40283379)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: オーキシン / 酸成長 / プロトンポンプ / 細胞膜H+-ATPase

研究開始時の研究の概要

多彩な生理現象を仲介する植物ホルモン・オーキシンのシグナル伝達機構は比較的単純な因子で構成されているが、それぞれの構成因子は大きなタンパク質ファミリーを形成しているため、これら因子の多様な組み合わせがオーキシン作用の多様性に対応すると推察される。本研究では、オーキシンシグナル伝達因子のうち特定の組み合わせの因子のみが植物細胞内で相互作用できるように相互のタンパク質を改変する革新的な研究ツールを開発する。このツールを用いた解析によって「細胞膜H+-ATPaseの活性化を介したオーキシン誘導性胚軸伸長のメカニズム」の全貌を明らかにする。

研究成果の概要

植物の生活環全般にわたり形態形成や成長調節、環境応答など多様な生理作用を誘導する植物ホルモン・オーキシンの細胞内シグナル伝達を人為的にコントロールすることを目的に、オーキシン受容体TIR1/AFBのオーキシン結合部位と共受容体Aux/IAAのデグロン配列の改変を行い、新規のオーキシン研究ツールを開発した。また、オーキシンの代表的な生理作用である細胞伸長誘導（酸成長）のメカニズムの一端を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

オーキシンのシグナル伝達機構は比較的単純な因子で構成されているがそれぞれの構成因子は大きなタンパク質ファミリーを形成しているため、あるオーキシン作用がどのような因子の組み合わせで駆動されるのか詳細な機構を解析することは、従来の遺伝学的な解析では困難であった。本研究成果はその突破口を開く可能性を持っており、またさらに研究を発展させることで新たな研究ツールの開発につながると考えている。また、140年前のC.ダーウィンによる研究が端緒となったオーキシン酸成長のメカニズム解明をさらに進展させることができ、社会に与える影響も大きいと考える。

研究成果

• [雑誌論文] ABP1-TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization (2022)
  • 著者名/発表者名: *Friml J, Gallei M, Gelova Z, Johnson A, Mazur E, Monzer A, Rodriguez L, Roosjen M, Verstraeten I, Zivanovic BD, Zou M, Fiedler L, Giannini C, Grones P, Hrtyan M, Kaufmann WA, Kuhn A, Narasimhan M, Randuch M, Rydza N, Takahashi K, Tan S, Teplova A, Kinoshita T, Weijers D, Rakusova
  • 雑誌名: Nature 巻: 609 号: 7927 ページ: 575-581
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05187-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cell surface and intracellular auxin signalling for H+ fluxes in root growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Lanxin、Verstraeten Inge、Roosjen Mark、Takahashi Koji、Rodriguez Lesia、Merrin Jack、Chen Jian、Shabala Lana、Smet Wouter、Ren Hong、Vanneste Steffen、Shabala Sergey、De Rybel Bert、Weijers Dolf、Kinoshita Toshinori、Gray William M.、Friml Ji??
  • 雑誌名: Nature 巻: 599 号: 7884 ページ: 273-277
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04037-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] TMK-based cell-surface auxin signalling activates cell-wall acidification (2021)
  • 著者名/発表者名: Lin Wenwei、Zhou Xiang、Tang Wenxin、Takahashi Koji、Pan Xue、Dai Jiawei、Ren Hong、Zhu Xiaoyue、Pan Songqin、Zheng Haiyan、Gray William M.、Xu Tongda、Kinoshita Toshinori、Yang Zhenbiao
  • 雑誌名: Nature 巻: 599 号: 7884 ページ: 278-282
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03976-4
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ストレプト藻類クレブソルミディウムの細胞膜 H+-ATPase活性制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋宏二、堀孝一、太田啓之、木下俊則
  • 学会等名: 第64回 日本植物生理学会 年会