| 研究課題/領域番号 |
23K05864
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分45010:遺伝学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
青木 摂之 名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (30283469)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 概日時計 / 概日リズム / 緑色植物 / His-Aspリン酸リレー / クラミドモナス / ヒメツリガネゴケ / 環境適応 / 基部植物 / 光入力系 / リン酸リレー系 / ヒスチジンキナーゼ / 多段階リン酸リレー / PASドメイン / 植物の進化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
概日時計が環境周期に同調するために環境光の情報を受容・伝達する仕組みを光入力系と呼び、植物では、モデル被子植物シロイヌナズナで研究が進んでいる。近年、被子植物以外の多様な植物の系統群が、多様な光入力系を進化させてきた事実が見えつつある。これは植物の光環境の多彩さを反映しており、環境応答機構の多様化の重要な例である。研究代表者は最近、蘚類ヒメツリガネゴケと緑藻クラミドモナスの両方で、His-Aspリン酸リレーのヒスチジンキナーゼ(HK)が光入力系で機能する証拠を得た。これらのHKに始まる「概日リン酸リレー」の機能と仕組みを解明し、その進化について知見を得る。
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| 研究実績の概要 |
研究代表者は，２種のモデル緑色植物種，蘚類ヒメツリガネゴケと緑藻クラミドモナスを用い，His-Aspリン酸リレーのヒスチジンキナーゼ(HK)が概日時計関連の機能を持つことを示す結果を得ていた。昨年度に引き続き，これらのHKに始まる仮定的「概日リン酸リレー」の制御機能について，光シグナル伝達系・温度シグナル伝達系との機能的関連があるかどうかと，既知の時計遺伝子との制御関係がどうなっているのか，主にこれら２つの観点で解析を進め，次の成果を得た。ヒメツリガネゴケに関しては，レスポンスレギュレーターをコードする時計遺伝子PRR2の転写が，１日の明期初期に赤色光レセプターのフィトクロムを介した誘導を受けることを明らかにした。クラミドモナスに関しては，既知の時計遺伝子ROC15，ROC40，ROC75の転写が高温に抑制され，概日時計関連HKのひとつLHK1がこの抑制を強化することを明らかにした。LHK1は，時計タンパク質CETLによる転写抑制機能を抑えることにより，この制御を行なっているらしい。LHK1については，過剰発現株の候補株を複数作出し，葉緑体ゲノムに組み込んだレポーター遺伝子による発光リズムの表現型を解析中である。また現在，LHK1とそのパラログ遺伝子のLHK2について，CRISPR-CAS9による機能欠失変異株の作出を試みている。さらに，レスポンスレギュレーター類似タンパク質をコードするTOC1遺伝子の変異株を用い，TOC1が特にROC40遺伝子の転写を活性化していることを明らかにした。これらの成果から，リン酸リレーが概日時計の光入力系と深い機能的関係があることが示唆される一方で，クラミドモナスについては概日リズムの温度シグナルによる制御にリン酸リレー系が関与する可能性が示された。この成果は，緑色植物の概日時計の進化を考えるうえで重要な知見であると考えられる。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
ヒメツリガネゴケの時計遺伝子のひとつPRR2の転写が，明期初期に赤色光レセプターのフィトクロムを介した誘導を受けることを明らかにしたが，この成果は，一昨年度の後半に得た，別種の時計遺伝子CCA1aとCCA1bが明期初期に光合成を介した光シグナルにより抑制されるという結果と対照的であり，興味深い。コケの時計遺伝子群は，それぞれ固有の様式と仕組みにより，光により発現レベルが精妙に制御され，概日時計の効果的な機能に繋げている可能性がある。概日時計の環境適応機構としての重要な特徴を明らかにした点で意義深いと言える。クラミドモナスに関しては，LHK1が，光シグナル伝達に加えて温度シグナル伝達に関わっていることを明らかにした点は重要である。LHK1は青色光受容ドメインのLOVドメインを持つHKであるが，近年LOVは温度受容ドメインとしての機能も持つことが，葉緑体の寒冷逃避反応において明らかにされており，概日時計の制御にも同様の仕組みが働いていることが示唆される。LHK1の下流パートナーである可能性もあるTOC1の機能解析も順調に進んでおり，昨年度，重要な成果をかなり多く得ることができた考えている。一方で，一昨年度から続けてきた酵母２ハイブリッド系によるコケのPHK2の相互作用パートナー因子の探索については，候補クローンを多数シーケンス解析したが，その結果，有意な配列をコードするクローンは見つかっていない。こうした状況を踏まえて，（２）を選択した。
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| 今後の研究の推進方策 |
コケの２つのHK，PHK1とPHK2については，機能欠損によって明暗条件または連続明条件で他の時計遺伝子群の発現パターンがどのように影響を受けるかを，すでに作出済みの二重変異株を用いて解析することが重要である。PHK2の相互作用パートナー因子の探索については，酵母２ハイブリッド系による候補クローンの残りのシーケンスを完了させる必要がある。また，やや派生的な成果として，Myb型転写因子をコードするCCA1a/bの発現が光合成を介した光シグナルで制御されることがわかっているが，これに関連し，概日時計の制御に関わる光合成の制御因子の解析への着手を検討したい。クラミドモナスについては，LHK1が温度シグナル伝達に関与することを示す結果が得られているので，この点をさらに深く追求する必要がある。とくに，概日時計の位相制御のためのシグナル伝達，つまり温度入力系への関与を現行のノックダウン型変異株を用いて検証していく。基本的な解析が進んだ段階で，温度受容にLOVドメインが関わるのかどうかを，部位特異的な変異をLOVドメインに導入した株の作出・解析などを通して調べていきたい。こうした解析と並行し，現在進行中の過剰発現株とCRISPR-CAS9による機能欠失型変異株の作出・確立を進め，より明確な結果を得るためのツールとして活用したい。さらに，TOC1の機能解析を続ける一方で，PRR1の解析を進める。PRR1は，典型的なリン酸受容モチフを持つレスポンスレギュレーターをコードし，LHK1/2の下流因子候補として重要である。PPR1についての，概日時計への機能的関与の有無，また時計以外の現象における機能が非常に興味深い。これらの研究を通し，リン酸リレー系の概日時計機構への関与について，２種間での共通点と相違点を詳しく検討し，進化的な観点での理解を深めたい。
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