| 研究課題/領域番号 |
15K07334
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
笠井 光治 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (80517938)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 栄養輸送体 / 極性 / ホウ酸トランスポーター / BOR1 / laser-ablation-ICP-MS |
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| 研究実績の概要 |
植物の根で発現する栄養輸送体は、土壌中の栄養素の吸収、地上部への輸送に重要な役割を果たす。栄養輸送体の中には極性を持って局在するものかが知られており、極性は栄養素の輸送の方向を決める重要なファクターであると考えられる。本研究は、極性を持たない栄養輸送体に極性を付与する技術の構築を目指す。具体的には、内向き(導管側)の極性を持つシロイヌナズナのホウ酸トランスポーターBOR1の極性局在シグナル配列を、栄養輸送体に導入し、その機能評価する。また、極性局在シグナル配列と相互作用する 因子を探索することで、BOR1の極性局在のメカニズムの詳細な理解を目指す。これまでにBOR1の内向き極性が地上部への効率的なB輸送に必要であること、BOR1のC末端細胞内領域の配列をBOR1のパラログで内向き極性を示さないBOR4に導入するとBOR1同様の内向き極性を示すようになる事を明らかにし、さらに同様の手法でBOR以外の排出型栄養輸送体である重金属トランスポーターPCR2に内向きの極性を付与出来ることを明らかにしてきた。この結果は、BOR1のC末端細胞内領域の配列がBORタンパク質だけでなく他の膜輸送体の極性も制御できる能力を有しており、細胞膜タンパク質の極性局在を制御する技術の開発に利用できる可能性を示している。極性能が付与された輸送体を発現した植物体における元素輸送能の変化を調べるために、laser-ablation-ICP-MSを用いてシロイヌナズナの根における元素の分布の変化を検出する系を構築した。根端領域において元素ごとに特色のある分布が観察され、膜輸送体の局在、発現を変化させた際にどのように元素分布が変わるのかを観察する手法として有効であると思われる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
これまでに、ホウ酸トランスポーターBOR1の極性局在シグナル配列を、ホウ素輸送体以外の栄養輸送体に導入できるかどうかを明らかにするために、BOR以外の排出型栄養輸送体である重金属トランスポーターであるHMA2およびPCR2遺伝子のC末端側にBOR1のC末端細胞内領域の配列およびGFP配列を融合し、BOR1プロモーター制御下で発現する形質転換シロイヌナズナを作成し、形質転換植物のGFP蛍光を観察したところ、PCR2では内向き極性が観察出来たが、HMA2では有意な内向き極性は観察されなかった。PCR2に付与した内向き極性が金属の吸収に及ぼす影響を評価するために内向き極性を示すPCR2を発現する植物体のカドミウム感受性、亜鉛要求性を調べたが、野生型とのカドミウム感受性、亜鉛要求性、地上部のカドミウム、亜鉛濃度に違いは見られなかった。生育における表現型は観察されないが、局所的な元素分布の変化が起きている可能性があり、また極性を変化させた輸送体を導入した植物における輸送の流れの変化を観察することはきわめて重要であるため、別のアプローチとしてレーザーアブレーションICP-MS法用いたシロイヌナズナ根端領域における詳細な元素分布測定系の構築を試みた。野生型Col-0株ではホウ素、鉄の量が根端で高い、カリウム、マグネシウム、リン、亜鉛は根端から上流300マイクロメーターの領域では比較的均一に存在するといった元素ごとの分布の違いが観察出来るようになった。一方でホウ素輸送体BOR1、BOR1、BOR3、NIP5;1の破壊株についても同様の解析を試みたが、有意な差を見いだすことは出来ていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究で得られた発現場所や極性を変化させた栄養輸送体を発現させた植物体の元素分布の変化を詳細に評価するために、引き続きレーザーアブレーションICP-MS法による解析を進める。現在レーザーアブレーションICP-MS法において、実験の安定性、元素の定量に問題点を抱えており、その改善を目指す。また、検出されているホウ素が細胞壁由来であるのか、細胞質由来であるのかを評価する必要がある。また、重金属の検出においてノイズが高い傾向があるため、その改善も行う。以上の問題点を解決した上でホウ素輸送体のBOR1、BOR1、BOR3、NIP5;1破壊株、極性を変化させたホウ素輸送体発現株、内向き極性能を付与したPCR2発現株の根端領域における元素分布を観察し、輸送体の局在、極性が根端の元素分布におよぼす影響を明らかにする。
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