植物スフィンゴ脂質の分子機能解明と代謝改変技術の確立

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K20909
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 石川 寿樹 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20598247)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: スフィンゴリピドミクス / スフィンゴ脂質 / 代謝改変

研究実績の概要

1. これまでに研究実績のあるシロイヌナズナやタバコ等の双子葉植物に加え、本研究ではスフィンゴ脂質構造が不明であったイネやコムギ等の単子葉植物において、スフィンゴ脂質分子構造を迅速に同定しLC-MS/MSにより一斉定量するスフィンゴリピドミクスの解析手法を確立した。これにより、イネ組織間のスフィンゴ脂質分子組成の多様性や、極長鎖脂肪酸合成異常によりシュート形成不全を示すonion変異体における脂質代謝変動を網羅的に捉えることに成功し、本手法の実用性を実証した。本成果はPlant J.誌に発表した (88, 681-693, 2016)。さらに脂質サンプル調製法や分析システムの改善をすすめ、従来の手法に比べ迅速・簡易かつ低コストな一連の実験手法を整備した。本手法の活用により、植物スフィンゴ脂質の多様性とその生物学的意義の解明が今後さらに加速することが期待できる。
2. スフィンゴリピドミクスの活用により、これまで不明であった植物固有のスフィンゴ脂質特異的糖鎖構造を形成する一連の糖転移酵素ファミリーを初めて同定することに成功した。特にシロイヌナズナで主要なヘキソース特異的タイプと、イネで主要なN-アセチルヘキソサミン特異的タイプの2種の酵素機能の違いを発見し、これらの酵素遺伝子を利用することによりそれぞれの植物が有する特徴的なスフィンゴ脂質糖鎖構造を人為的に改変することに成功した。これまでにこれらの糖鎖構造が細胞壁との相互作用とその構造形成への寄与、さらに細胞膜機能として病原応答やストレス馴化に関与することを見出した。この成果は学術誌として一報を発表し、さらに続報を現在投稿準備中である (Fang et al. Plant Cell, in press)。今後の遺伝学的解析により植物スフィンゴ脂質糖鎖構造の生物学的機能の解明とその育種利用への展開がひらけることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Lawrence Berkeley National Laboratory
• [雑誌論文] Loss of inositol phosphorylceramide sphingolipid mannosylation induces plant immune responses and reduces cellulose content in Arabidopsis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fang L, Ishikawa T, Rennie EA, Murawska GM, Lao J, Yan J, Tsai ALY, Baidoo EEK, Xu J, Keasling JD, Demura T, Kawai-Yamada M, Scheller HV, Mortimer JC.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: in press ページ: -
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1105/tpc.16.00186
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and degradation of long-chain base phosphates affect fumonisin B1-induced cell death in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa D, Ishikawa T, Imai H.
  • 雑誌名: J Plant Res 巻: 130 ページ: 571-585
  • DOI: 10.1007/s10265-017-0923-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular characterization and targeted quantitative profiling of the sphingolipidome in rice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Ito Y, Kawai-Yamada M.
  • 雑誌名: Plant J 巻: 88 ページ: 681-693
  • DOI: 10.1111/tpj.13281
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plasma membrane microdomains are essential for Rac1-RbohB/H-mediated immunity in rice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagano M, Ishikawa T, Fujiwara M, Fukao Y, Kawano Y, Kawai-Yamada M, Shimamoto K.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 28 ページ: 1966-1983
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1105/tpc.16.00201
  • 査読あり
• [学会発表] スフィンゴリピドミクスが解き明かす植物スフィンゴ脂質の独自性と多様性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川寿樹、川合真紀
  • 学会等名: 第29回植物脂質シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Comprehensively targeted sphingolipidomics reveals plant species- and lipid class-specific metabolism of sphingolipids in monocots (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Ishikawa and Maki Kawai-Yamada
  • 学会等名: ISPL2016
  • 発表場所: Goettingen, Germany
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会