| 研究課題/領域番号 |
21K14847
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分39030:園芸科学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
北沢 優悟 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任助教 (50803160)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | ファイロジェン / ファイトプラズマ / 花器官形態制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
花形態は花卉植物の価値を決定する最重要形質であり、より美しく珍奇な外観を作出することが常に求められる。本研究では植物の篩部に感染する植物病原細菌ファイトプラズマが分泌するタンパク質ファイロジェンが、篩部から花の形態を「遠隔制御」して葉化させることに着目し、この遠隔制御機構の全貌を解明するとともに、進化分子工学的な手法によりファイロジェンの標的認識部位を解析・改変し、ファイロジェンによる遠隔的花形態制御システムの構築を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、植物病原細菌ファイトプラズマが篩部に分泌するタンパク質ファイロジェンが、花の形態を「遠隔制御」する機構を解析するとともに、ファイロジェンの標的認識部位を解明・改変し、花形態の自在な制御を可能とすることを目指す。
本年度は主に、ファイロジェンの標的認識部位の解明とその改変に取り組んだ。ファイロジェンにランダムにアミノ酸変異を導入し、標的であるMADS転写因子との結合が強まる変異を選抜し、目的のアミノ酸変異を複数得ることに成功した。これらのアミノ酸はファイロジェンの立体構造上の特定の領域に集中して存在しており、当該領域がMADS転写因子との結合に働く標的認識領域であると考えられた。また、同様の手法を用いて、本来標的ではないMADS転写因子に対しての結合を強めるアミノ酸変異も選抜することができた。さらに、AIによる高精度なタンパク質構造および複合体予測プログラムであるColabFoldを用いて、ファイロジェンとMADS転写因子からなる複合体の構造予測を実施した。その結果、実験で絞り込まれた領域が、MADS転写因子側で既に明らかとなっているファイロジェンとの結合に重要な領域と、相互作用面を形成することが予測された。以上より、ファイロジェンにおけるMADS転写因子との結合に働く領域が特定され、ファイロジェンとMADS転写因子の結合モデルを構築できた。これはファイロジェンの標的認識部位の改変に向けた基盤的知見と考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究が掲げる主要な目標の一つがファイロジェンの標的認識部位を解明し、標的を改変する技術を確立することである。本年度はランダム変異導入と変異体選抜を複数実施し、タンパク質複合体予測プログラムと組み合わせることで、ファイロジェンの標的認識部位を解明できた。加えて、ファイロジェンが本来標的としていないタンパク質に対しても、結合を増強させうる変異の選抜も実施できた。当該変異を導入したファイロジェンが、非標的に対して植物細胞内でも結合することは確認できなかったが、本年度の進捗は当初の目的を完全に達成する上で極めて重要な成果であると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度同定した標的認識部位を中心としてファイロジェンに更に変異を導入することで、さまざまな非標的タンパク質への結合が増強された変異体の作出を試みる。また、花芽の遠隔制御機構の全貌解明に向けて、ファイロジェンを篩部特異的に発現するシロイヌナズナの変異体を作出中であり、現在複数の変異体種子を確保している。これを用いて表現系の観察とファイロジェンの局在観察を行う予定である。また、ファイロジェン形質転換タバコ属植物に野生型植物を接いで、葉化が生じることを確認する予定である。
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