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2018 年度 実施状況報告書

DYRK型リン酸化酵素TAR1による植物の窒素欠乏応答の制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K07753
研究機関京都大学

研究代表者

梶川 昌孝  京都大学, 生命科学研究科, 助教 (40594437)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード植物分子生物学 / 代謝制御 / 脂質 / タンパク質リン酸化酵素 / 栄養欠乏応答 / 藻類
研究実績の概要

脂質蓄積異常変異体tar1の解析から、タンパク質リン酸化酵素TAR1が光合成活性を抑制し酢酸吸収を促進することで脂質・デンプン蓄積を制御するマスター制御因子であることが示された(梶川ら、2015)。TAR1のリン酸化標的候補である別のタンパク質リン酸化酵素についての変異体が、高脂質蓄積の表現型を示すことを見出した。またこの変異体では最大量子収率が野生株よりも高く維持された。その一方、tar1変異株とは異なり、クロロフィルとデンプン、光合成関連タンパク質については野生株と同様に減少した。また接合率には異常は認められなかった。この変異体にFLAGタグを連結した野生型タンパク質リン酸化酵素遺伝子を導入したところ、FLAG融合タンパク質を発現した株でのみ表現型の相補が見られたことから、この変異体の表現型の原因はこのタンパク質リン酸化酵素遺伝子へのDNAタグの挿入による可能性が高い。さらに、TAR1によりリン酸化されると推定されるセリン残基をアラニン置換すると変異相補性を喪失した。また蛍光タンパク質との融合タンパク質発現により、このタンパク質リン酸化酵素が細胞膜に局在することが示された。また、in vitroリン酸化アッセイにより、このタンパク質リン酸化酵素がミエリン塩基性タンパク質に対してリン酸化活性を示すことを見出した。以上のことから、TAR1の下流で脂質蓄積と光合成活性に限定して働く新奇なタンパク質リン酸化酵素を見出すことに成功した。

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

藻類の栄養欠乏応答機構の制御因子TAR1の下流の制御機構を明らかにするため、TAR1のリン酸化標的候補である別のタンパク質リン酸化酵素についての変異体解析を進めた。この遺伝子にFLAGタグを連結したFLAG融合タンパク質を発現した株では変異体の表現型が回復したことから、高脂質蓄積、高光合成活性の表現型の原因遺伝子であると考えられる。さらに、TAR1によりリン酸化されると推定されるセリン残基をアラニン置換すると変異相補性を喪失した。また蛍光タンパク質との融合タンパク質発現により、このタンパク質リン酸化酵素が細胞膜に局在することが示された。また、in vitroリン酸化アッセイにより、このタンパク質リン酸化酵素がミエリン塩基性タンパク質に対してリン酸化活性を示すことを見出した。このように、本年度にTAR1の下流で働くと考えられる新奇なタンパク質リン酸化酵素の変異体解析を進めたことで、TAR1を基点とした下流の新奇シグナル経路の解明という研究目的は進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

最終年度、対象としたタンパク質リン酸化酵素遺伝子の変異体解析について、得られたデータをまとめ論文投稿を行う。また、別のtar1様の高クロロフィル、高脂質蓄積の表現型を示す変異株についても同様の解析を進める。これらの知見により、C/Nストレス条件における光合成低下、細胞死、脂質・デンプン蓄積といった緑藻の示す応答反応の分子機構を包括的に理解する。

次年度使用額が生じた理由

今年度中に行ったリン酸化酵素変異株の解析についての論文を来年度投稿する予定となった。そこで、英文校閲と投稿に伴う経費として、当該金額を次年度に繰り越す。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Isolation and characterization of Chlamydomonas autophagy-related mutants in nutrient-deficient conditions.2018

    • 著者名/発表者名
      Kajikawa, M., Yamauchi, M., Shinkawa, H., Tanaka, M., Hatano, K., Nishimura, Y., Kato, M., Fukuzawa, H.
    • 雑誌名

      Plant Cell Physiology

      巻: 60 ページ: 126;138

    • DOI

      10.1093/pcp/pcy193

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A rice PHD-finger protein OsTITANIA, is a growth regulator that functions through elevating expression of transporter genes for multiple metals.2018

    • 著者名/発表者名
      Tanaka, N., Uraguchi, S., Kajikawa, M., Saito, A., Ohmori, Y., Fujiwara, T.
    • 雑誌名

      Plant Journal

      巻: 96 ページ: 997;1006

    • DOI

      10.1111/tpj.14085

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 梶川昌孝、福澤秀哉2018

    • 著者名/発表者名
      実用珪藻の代謝工学による高付加価値油脂の生産
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 56 ページ: 246;247

    • DOI

      10.1271/kagakutoseibutsu.56.246

  • [学会発表] 藻類での有用物質生産と脂質蓄積制御因子の同定2018

    • 著者名/発表者名
      梶川 昌孝
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
    • 招待講演
  • [学会発表] オートファジーを欠損させた緑藻における窒素欠乏応答異常2018

    • 著者名/発表者名
      梶川 昌孝、山内 万里香、新川 はるか、田中 学、幡野 恭子、西村 芳樹、加藤 美砂子、福澤 秀哉
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 藻類での有用物質生産と脂質蓄積制御因子の同定2018

    • 著者名/発表者名
      梶川 昌孝
    • 学会等名
      日本農芸化学会関西支部例会503回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] オートファジーを欠損した緑藻における栄養欠乏応答異常2018

    • 著者名/発表者名
      梶川 昌孝
    • 学会等名
      植物の栄養研究会第4回研究交流会
  • [学会発表] Algal Protein Kinase TAR1 Modulates Cellular Viability and Promotes Gametogenesis in High- CO2 / Nitrogen-Deficient Conditions2018

    • 著者名/発表者名
      Haruka Shinkawa, Masataka Kajikawa, Yuri Sawaragi, Takashi Yamano, Yu Kanesaki, Hirofumi Yoshikawa, Hideya Fukuzawa
    • 学会等名
      18th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas (Carnegie Institution for Science, Washington, DC)
    • 国際学会
  • [学会発表] Production of ricinoleic acid-containing monoestolide triacylglycerides in an oleaginous diatom, Chaetoceros gracilis2018

    • 著者名/発表者名
      Masataka Kajikawa, Tatsuki Abe, Kentaro Ifuku, Ken-ichi Furutani, Dongyi Yan, Tomoyo Okuda, Akinori Ando, Shigenobu Kishino, Jun Ogawa, Hideya Fukuzawa
    • 学会等名
      18th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas (Carnegie Institution for Science, Washington, DC)
    • 国際学会
  • [学会発表] 窒素欠乏環境下で葉緑体と脂質を異常蓄積する緑藻変異株の解析2018

    • 著者名/発表者名
      長房すずか、宮本明日香、嶋村大亮、本庄智也、新川友貴、香西紀子、梶川昌孝、山野隆志、福澤秀哉
    • 学会等名
      第36回日本植物細胞分子生物学会(広島国際会議場)
  • [学会発表] 実用珪藻における有用不飽和脂肪酸リシノール酸の生産2018

    • 著者名/発表者名
      梶川昌孝、本庄智也、伊福健太郎、小川順、菓子野康浩、福澤秀哉
    • 学会等名
      第36回日本植物細胞分子生物学会(金沢商工会議所会館)
  • [学会発表] C/Nストレス条件で葉緑素と脂質を異常蓄積する新奇緑藻変異株ccdc124の解析2018

    • 著者名/発表者名
      長房すずか、 宮本明日香、 新川はるか, 新川友貴、山野隆志、梶川昌孝、福澤秀哉
    • 学会等名
      日本藻類学会第43回大会(京都)
  • [学会発表] オートファジーに依存した緑藻 Chlamydomonas reinhardtii の生存と油脂蓄積2018

    • 著者名/発表者名
      梶川 昌孝、山内 万里香、新川 はるか、田中 学、幡野 恭子、西村 芳樹、加藤 美砂子、福澤 秀哉
    • 学会等名
      日本藻類学会第43回大会(京都)

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公開日: 2019-12-27  

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