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2020 年度 実績報告書

植物の環境ストレス応答における生体膜マイクロドメインの構築と機能

研究課題

研究課題/領域番号 18H02165
研究機関埼玉大学

研究代表者

川合 真紀  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10332595)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワードスフィンゴ脂質 / 低温応答 / 細胞膜 / 糖鎖
研究実績の概要

植物スフィンゴ脂質のセラミド骨格に不飽和結合を導入する2つの酵素、SLD1およびADS2は、ともに、植物の低温耐性に寄与することがこれまでに明らかとなりつつある。SLDは長鎖塩基(long-chain base、LCB)のΔ8位の不飽和化酵素であり、ADSは脂肪酸n-9位の不飽和化に関与する酵素である。引き続き両者の二重変異体の解析を引き続き行った結果、sld1ads2は単独変異体よりも低温耐性がさらに顕著に低下し、低温応答時に見られるアントシアニンの蓄積量も単独変異体よりもさらに減少していた。遺伝子発現解析の結果、アントシアニン合成にかかわる酵素をコードする遺伝子の発現が低下し、これらをさらに上流で支配するHY5の発現も異常になっていた。これらの結果から、sld1ads2では細胞膜での温度感知の仕組みに異常が生じている可能性が示された。また、スフィンゴ脂質の親水基部の機能に関する研究においては、糖鎖構造と生理機能に関する研究を進めた。スフィンゴ脂質GIPCは、親水部としてリン酸イノシトールと複数の糖が結合し、糖鎖部分は多様性をもつ。シロイヌナズナで、末端にHexを転移する酵素GMT1が同定されている。その欠損変異体gmt1では野生型に比べて生育が著しく抑制され、細胞内にサリチル酸(SA)が蓄積していることをこれまでに示した。そこで、sld1ads2変異体にSA分解酵素を発現させた系統を作出して調べた結果、生育異常はかなり改善されたが、効果は部分的であることから、SAの蓄積以外の原因により生育阻害が起きていることが示された。また、GIPCの末端にHexNを転移する酵素GINTをgmt1変異体で発現させた系統で個々の表現型を評価し、それぞれの糖鎖構造の機能の違いについて考察をおこなった。

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

これまでに研究を推進してきたスフィンゴ脂質代謝系のうち、2020年度はスフィンゴ脂質のLCBΔ8位の不飽和化に関与するSLDに関する研究を主に進めた。これに加え、スフィンゴ脂質の成分である脂肪酸の鎖長伸長の場である小胞体を可視化するためのツール開発に関する研究を行い、学術論文を発表することができた。小胞体を蛍光タンパク質で可視化するため、我々が過去に小胞体に局在することを示したcytochrome b5 -B (Cb5-B)の膜貫通ドメインとC末領域を赤色蛍光タンパク質(tdTomato)のC末端に連結した。これをubiquitin10プロモーターによりシロイヌナズナに発現させた。作成した形質転換体で得られたシグナルはこれまでに使用されている緑色蛍光タンパク質を用いた小胞体マーカー(SP-GFP-HDEL)とよく一致した。これにより、小胞体の可視化に使用可能な赤色系のマーカーを新たに開発することに成功したと結論づけた。さらに、国内共同研究により、スフィンゴ脂質の構成要素であるセラミドのシロイヌナズナの表皮細胞分化における機能についても解明をおこない、学術論文として成果発表を行った。
このように成果が順調に得られていることから、研究はおおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

本研究では、環境ストレス応答における細胞膜マイクロドメインの役割を、脂質ラフトを構成するスフィンゴ脂質代謝系の役割解明の観点から明らかにすることを目的としている。本年度は以下を中心として取り組む。
スフィンゴ脂質の中でも植物に固有の分子種であるGlycosyl Inositol Phosphoceramide (GIPC)は、親水部としてリン酸イノシトールと複数の糖が結合し、糖鎖部分は多様性を示す。シロイヌナズナのGIPCの糖残基はグルクロン酸とヘキソースで構成され、ヘキソース転移酵素GIPC Mannnosyl Transferase1(GMT1)が同定されており、糖鎖構造の違いが固有の機能を生み出すことがこれまでの研究から推定されている。この欠損変異体gmt1におけるGIPC組成とその表現型を中心に研究を進める。えて、種子や花粉特異的に発現し、GIPCの末端にヘキソサミンを転移する酵素であるGlucosamine Inositol Phosphorylceramide Transferase1 (GINT1)にも注目し、末端に付加される糖の違いが植物にどのような差異をもたらすのか、生育解析、ストレス耐性を中心に調べる。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [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] Ceramides mediate positional signals in Arabidopsis thaliana protoderm differentiation2021

    • 著者名/発表者名
      Nagata Kenji、Ishikawa Toshiki、Kawai-Yamada Maki、Takahashi Taku、Abe Mitsutomo
    • 雑誌名

      Development

      巻: 148 ページ: 194969

    • DOI

      10.1242/dev.194969

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Altered metabolism of chloroplastic NAD kinase-overexpressing Arabidopsis in response to magnesium sulfate supplementation2021

    • 著者名/発表者名
      Kawai-Yamada Maki、Miyagi Atsuko、Sato Yuki、Hosoi Yuki、Hashida Shin-Nosuke、Ishikawa Toshiki、Yamaguchi Masatoshi
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 16 ページ: 1844509~1844509

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1844509

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Arabidopsis thaliana nucleotide sugar transporter GONST2 is a functional homolog of GONST12021

    • 著者名/発表者名
      Jing Beibei、Ishikawa Toshiki、Soltis Nicole、Inada Noriko、Liang Yan、Murawska Gosia、Fang Lin、Andeberhan Fekadu、Pidatala Ramana、Yu Xiaolan、Baidoo Edward、Kawai‐Yamada Maki、Loque Dominique、Kliebenstein Daniel J.、Dupree Paul、Mortimer Jenny C.
    • 雑誌名

      Plant Direct

      巻: 5 ページ: -

    • DOI

      10.1002/pld3.309

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation of Arabidopsis lines with a red fluorescent marker for endoplasmic reticulum using a tail-anchored protein cytochrome b5 -B2020

    • 著者名/発表者名
      Nagano Minoru、Ueda Haruko、Fukao Yoichiro、Kawai-Yamada Maki、Hara-Nishimura Ikuko
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 15 ページ: 1790196~1790196

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1790196

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dehydroascorbate Reductases and Glutathione Set a Threshold for High-Light?Induced Ascorbate Accumulation2020

    • 著者名/発表者名
      Terai Yusuke、Ueno Hiromi、Ogawa Takahisa、Sawa Yoshihiro、Miyagi Atsuko、Kawai-Yamada Maki、Ishikawa Takahiro、Maruta Takanori
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 183 ページ: 112~122

    • DOI

      10.1104/pp.19.01556

    • 査読あり
  • [学会発表] Heterologous complementation analysis reveals a distinct function of two glycosphingolipid subclasses in Arabidopsis2021

    • 著者名/発表者名
      Yamato Kudo, Atsuko Miyagi, Masatoshi Yamaguchi, Maki Kawai-Yamada, Toshiki Ishikawa
    • 学会等名
      第62回植物生理学会年会
  • [学会発表] Analyses of transcriptional regulation of cuticular wax accumulation in response to dehydration2021

    • 著者名/発表者名
      浦野薫、圓山恭之進、大島良美、坂本真吾、石川寿樹、川合真紀、佐藤繭子、豊岡公徳、篠崎和子、篠崎一雄
    • 学会等名
      第62回植物生理学会年会
  • [学会発表] スフィンゴ脂質糖鎖改変シロイヌナズナの表現型の解析2020

    • 著者名/発表者名
      工藤大和、宮城敦子、山口雅利、川合真紀、石川寿樹
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
  • [学会発表] 植物のクチクラ形成を調節する乾燥応答ネットワークの解析2020

    • 著者名/発表者名
      浦野薫、圓山恭之進、大島良美、坂本真吾、石川寿樹、佐藤繭子、豊岡公徳、川合真紀、篠崎和子、篠崎 一雄
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
  • [学会発表] イネのカマイラズ変異体のメタボローム解析2020

    • 著者名/発表者名
      森和久、宮城敦子、石川寿樹、山口雅利、小竹敬久、川合真紀
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
  • [学会発表] Alteration of oxalate content in rice leaves obtained from ion beam-irradiated plants2020

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Miyagi, Takuya Saimaru, Nozomi Harigai, Yutaka Oono, Yoshihiro Hase, Maki Kawai-Yamada
    • 学会等名
      Plant Biology 2020
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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