| 研究課題/領域番号 |
16J01146
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
荒河 匠 北海道大学, 農学院, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| キーワード | 細胞質雄性不稔性 / 稔性回復遺伝子 / 植物ミトコンドリア / タンパク質間相互作用 / 遺伝子進化 |
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| 研究実績の概要 |
テンサイ細胞質雄性不稔性（CMS）に対する花粉稔性回復遺伝子Rf1は、CMSミトコンドリアに固有なタンパク質preSATP6に対して翻訳後制御を行っている。すなわち、RF1タンパク質はpreSATP6と結合することで複合体構造を変化させ、稔性回復株特異的なRF1-preSATP6複合体を形成する。初年度は、翻訳後制御過程のメカニズムと進化に関する知見を得るべく、以下の実験を行った。
１、多様なRf1対立遺伝子を導入した形質転換培養細胞の作製と解析：Rf1対立遺伝子について各々形質転換培養細胞を作製し、タンパク質複合体の解析を行った。rf1グループの対立遺伝子ではpreSATP6との相互作用能が失われていた。また、Rf1グループはpreSATP6と相互作用能が検出され、そのコピーの発現量およびpreSATP6複合体の蓄積量と、花粉稔性との相関が示唆された。
２、Rf1高発現培養細胞で現れるタンパク質複合体の単離と分析：CMSミトコンドリアにみられるpreSATP6複合体を二次元電気泳動によって分離したところ、preSATP6以外のタンパク質は検出されなかった。また、Rf1導入細胞からRf1と結合するタンパク質を免疫沈降法によって回収したところ、Rf1およびpreSATP6以外に幾つかのタンパク質が検出された。
３、培養細胞におけるミトコンドリア機能調査：正常とCMS培養細胞について、ミトコンドリア内膜の膜電位を指標にすることでミトコンドリア機能を比較したところ、有意な差が検出された。
４、Rf1による翻訳後制御の進化：相同性検索や系統解析の結果、Rf1は最近になって祖先遺伝子から重複してできたコピーであることが示唆された。機能解析の結果、祖先遺伝子が重複した後、preSATP6との相互作用能の獲得と発現パターンの変化が起こり、Rf1による翻訳後制御が成立した可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は、稔性回復遺伝子の翻訳後制御に関する解析を進め、交配材料や培養細胞を用いた実験を行った。研究進捗は順調であり、preSATP6複合体に関する分子生物学的、遺伝学的および生化学的データを得ることができた。これらのデータには研究開始当初に予想していなかったものも含まれる。すなわち、それらはRf1のpreSATP6複合体蓄積量への量的効果や、Rf1とその祖先遺伝子の発現パターンの違いに関するデータであり、興味深い進展があった。したがって、次年度以降の発展が大いに期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度に得られた研究成果を踏まえて、今後の研究方策を課題ごとに示す。
１、Rf1グループに関して、コピーの発現量およびpreSATP6複合体の蓄積量と、花粉稔性との相関が示唆されたため、各対立遺伝子の葯における発現パターンを詳細に調べ、花粉稔性に関わるこれらの要因との関係を明らかにしたい。
２、Rf1と結合するタンパク質を質量分析法によって同定する予定である。特に、CMS細胞質特異的に検出される相互作用タンパク質の存在が示唆されたため、稔性回復現象との関わりも含めて調査する。
３、CMSと正常ミトコンドリアで検出される膜電位の差異の原因が何なのか（脱共役作用、呼吸鎖複合体の活性低下）、あるいは、Rf1導入培養細胞において機能変化が解消されるか調査する。
４、Rf1が祖先遺伝子のパラログであることを検証すべく、シロイヌナズナの変異体を用いた相補性検定を行う予定である。さらに、Rf1の進化に適応進化が関わるか調べるため、分子進化学的な解析も並行して行う。
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