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2020 年度 実施状況報告書

植物ウレイド研究の新展開:アラントインのストレスシグナリング作用と分子機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K06725
研究機関広島大学

研究代表者

坂本 敦  広島大学, 統合生命科学研究科(理), 教授 (60270477)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードストレス応答 / 遺伝子発現 / アブシシン酸 / 植物ホルモン / ウレイド / プリン代謝 / 小胞体
研究実績の概要

アラントインは典型的なウレイド化合物であり,長らく窒素栄養の転流体や貯蔵体として機能すると考えられてきたが,最近,植物のストレス応答を活性化する作用が見出された。本研究ではアラントインがどのような機序でそのような作用を発揮するのかを解明することを目的としている。具体的にはシロイヌナズナを植物材料として,(1)アラントインによって活性化される標的遺伝子の同定,(2)分子構造と生理作用の相関および因果関係,さらに(3)作用を媒介する因子の同定などを目指している。これらを踏まえ,今年度は以下の研究成果を得た。
(1)昨年度と同様にアラントインに応答する遺伝子の同定を進めた。また,アラントイン合成酵素の遺伝子破壊によりアラントインを蓄積できない変異株(as変異株)を作出し,これまでに同定したアラントインに活性化される遺伝子群の発現を調査することを試みた。しかし予想に反し,as変異株はアラントイン生成能力を保持することが判明し,シロイヌナズナには未同定のアラントイン生合成経路が存在することが示された。
(2)アラントインの直下の代謝産物であり,ヒダントイン基が開環したアラントイン酸がストレス応答の活性化作用を持たないことに着目し,ヒダントインがアラントインと同様なストレス応答の活性化作用を有する可能性を検証した。その結果,この閉環構造がアラントインの作用に重要な役割を担うことを示唆する結果を得た。
(3)アラントインの作用を介在すると考えられる因子の同定を目的に,ストレス応答を指標としてアラントインに応答しない突然変異体の選抜を実施したが,有力な候補株を得るには至らなかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コロナ禍の影響による人的および時間的な制約のため,当初の予定通り十分に研究を展開することができなかった(特に項目3)。しかしその一方で,未知のアラントイン生合成経路の存在を示す予期せぬ発見や,アラントインの作用の発現の鍵となる分子構造にかかる重要な示唆を得ることができた。したがって,表記区分の進捗状況と評価した。

今後の研究の推進方策

(1)についてはさらなる標的遺伝子同定を進めるとともに,これと関連して当初計画にはなかったものの,本研究と密接に関わる重要な課題であるためアラントインの未知生合成酵素の同定を進める。(2)では閉環構造に着眼した構造-機能相関解析を進める。また,独自の発見であるストレスやアラントイン処理に応答した迅速な小胞体の動態変化(Han et al., 2020, JXB)を指標とした蛍光顕微鏡観察を行うことで,光学活性と生理作用の関係を明らかにする。(3)についてはさらに変異株の選抜を進める。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍の影響による人的および時間的な制約のため,当初の予定通り十分に研究を展開することができなかった。未使用額は,昨年度に十分実施できなかった実験や解析に係る費用に充てる。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] アラントイン ― 植物のストレス応答や耐性に関わる古くて新しい窒素代謝物2021

    • 著者名/発表者名
      坂本 敦
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 53 ページ: 116-123

  • [雑誌論文] Efficient and multiplexable genome editing using Platinum TALENs in oleaginous microalga, Nannochloropsis oceanica NIES‐21452020

    • 著者名/発表者名
      Kurita T, Moroi K, Iwai M, Okazaki K, Shimizu S, Nomura S, Saito F, Maeda S, Takami A, Sakamoto A, Ohta H, Sakuma T, Yamamoto T
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 25 ページ: 695-702

    • DOI

      10.1111/gtc.12805

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Overexpression of BUNDLE SHEATH DEFECTIVE 2 improves the efficiency of photosynthesis and growth in Arabidopsis2020

    • 著者名/発表者名
      Busch FA, Tominaga J, Muroya M, Shirakami N, Takahashi S, Yamori W, Kitaoka T, Milward S, Nishimura K, Matsunami E, Toda Y, Higushi C, MuranakaA , Takami T, Watanabe S, Kinoshita T, Sakamoto W, Sakamoto A, Shimada H
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 102 ページ: 129-137

    • DOI

      10.1111/tpj.14617

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [備考] 【研究成果】環境の変化に植物が素早く応答し適応するためのホルモン生成制御(所属研究機関HP掲載)

    • URL

      https://www.hiroshima-u.ac.jp/ilife/news/57346

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公開日: 2021-12-27  

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