| 研究課題/領域番号 |
17K07430
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
伊藤 寿 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (50596608)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | クロロフィル分解 / 老化 / 植物ホルモン |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、クロロフィルの分解が核の遺伝子発現を制御し、その過程にジャスモン酸がかかわっていることを明らかにすることである。クロロフィルの分解は、老化の最も顕著な表現型の一つである。そのためこれまで、クロロフィルの分解は老化の最終段階に起こる現象だと考えられてきた。それに対して我々はクロロフィルの分解が老化を促進すると考えている。シロイヌナズナにおいて、クロロフィルの分解を誘導すると葉が黄化し、外見上老化そのものだからである。葉の老化は養分の転流を介した植物の成長や種子生産を理解するうえで重要であり、クロロフィルの分解との関係を解明することは意義がある。
クロロフィルaの分解はMgの脱離から始まる。我々はこの反応を触媒する酵素Stay-Green（SGR）を以前同定し、デキサメタゾン（DEX）によりSGRを一過的に過剰発現できる形質転換体を作製している。SGRはクロロフィルaを基質とできるが、SGRを過剰発現するとクロロフィルbも分解される。このことはクロロフィルaの分解によりクロロフィルbの分解が誘導されたことを示唆している。そこで、クロロフィルbの分解にかかわるクロロフィルb還元酵素の発現を調べたところ、mRNAの量、および酵素の量が増加していることが確認された。
このようなクロロフィルaの分解によって引き起こされる核の遺伝子発現を介した代謝系の制御には植物ホルモンがかかわっている可能性が考えられる。また、以前行った遺伝子発現の網羅的解析からジャスモン酸がかかわっていることが予想された。そこで、ジャスモン酸を定量したところ、DEX処理後にジャスモン酸が蓄積していることが明らかとなった。また、エチレンについてもDEX処理により合成量が増えることが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究において、予備実験からクロロフィルaによって核の遺伝子発現が変化するときにジャスモン酸がかかわっていることが予想されていた。本年度の当初の計画では、ジャスモン酸の前駆体であるリノレン酸を定量し、間接的にジャスモン酸の増加を見積もる予定であった。リノレン酸は葉緑体のチラコイド膜のジアシルグリセロールがリパーゼの作用を受けて生じる。クロロフィルが分解されるとチラコイド膜が不安定になり、リパーゼが作用すると考えている。リノレン酸はジャスモン酸の良い基質であるため、リノレン酸の量とジャスモン酸の量は相関が高いと考えられている。そこで、遊離脂肪酸としてリノレン酸を抽出し、薄層クロマトグラフィーで分離精製後、ガスクロマトグラフィーで測定した。しかし、リノレン酸の量が少なく、安定した値が得られなかった。そこで直接ジャスモン酸を定量することとした。その結果クロロフィルaの分解によってジャスモン酸が増加することを示すことに成功した。また、葉の黄化に伴ってエチレンが合成されることが予測された。そこでエチレンをガスクロマトグラフィーで測定したところ、確かにクロロフィルaの分解によってエチレンも合成されていることが明らかになった。
本年度は、クロロフィルaの分解に伴って誘導される遺伝子群の同定を計画していた。クロロフィルbの分解にかかわる遺伝子については発現誘導が確認できた。これ以外にもクロロフィルの合成、分解に関わる遺伝子、およびジャスモン酸とエチレンのマーカー遺伝子について、その発現の変化が確認できた。クロロフィルの代謝に関わる遺伝子の転写制御因子についても調べる必要があるが、現在までに一程度進捗したと考えている。
以上より、おおむね順調に進展していると評価される。
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| 今後の研究の推進方策 |
DEXによりクロロフィルaの分解を誘導すると、葉が黄化しクロロフィルbが分解するとともに老化が進行しているような様子を呈する。このことはクロロフィルaの分解によって何らかのシグナルが生じ、それが核の遺伝子発現を引き起こすことを示唆している。そのシグナルの実体として、ジャスモン酸を想定していた。今年度実際にジャスモン酸の蓄積量が、クロロフィルaの分解によって増加することを示した。これによって課題の一つは達成されたが、次の問題は、このジャスモン酸が植物に対してどのような影響を与えているかを明らかにすることである。
当初の計画では、ジャスモン酸の変異体においてSGRを一過的に過剰発現し、その時の植物の応答を調べることによって明らかにすることを予定していた。現在、ジャスモン酸を合成できない変異体にSGRを導入し、形質転換体の準備ができている。今後この植物をDEX処理した時の遺伝子の発現解析を行い、ジャスモン酸の効果を明らかにしていく予定である。
また、エチレンがクロロフィルaの分解によって合成されることが明らかになったことを受け、エチレン非感受性の変異体にSGRを導入する実験も進めている。これを利用することによりエチレンの効果、およびジャスモン酸との異同も明らかになると思われる。
DEXでSGRを発現し、クロロフィルの分解を誘導した時の葉の状態の変化は老化そのものである。また、ジャスモン酸やエチレンは老化促進ホルモンである。これらの結果を踏まえると、クロロフィルの分解が老化を促進していると考えられる。この点を検証するために、老化マーカー遺伝子の発現を調べたり、老化の特徴である細胞内成分の分解や、養分の転流について調べ、クロロフィルの分解と老化の関係を検証していく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
遺伝子の発現解析が次年度に持ち越された。
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