| 研究課題/領域番号 |
20H03049
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| 研究機関 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
津山 濯 宮崎大学, 農学部, 助教 (40786183)
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| 研究分担者 |
雉子谷 佳男 宮崎大学, 農学部, 教授 (10295199)
光田 展隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (80450667)
沖 真弥 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (90452713)
高田 直樹 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所 森林バイオ研究センター, 主任研究員 等 (90605544)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 細胞壁 / 二次壁 / S2層 / ヘミセルロース |
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| 研究実績の概要 |
植物細胞壁は木材の物性やバイオマスの利用性を決定づける。植物細胞壁は外側から一次壁、二次壁と分けられ、さらに二次壁の中でもS1層、S2層、S3層と分かれる多層構造を持つ。木部細胞壁の大部分を占めるS2層は細胞壁の物性に最も大きな影響を与えているが、これまでS2層形成メカニズムについてはほとんど知見が無い。
モウソウチク当年稈成長過程におけるヘミセルロースの堆積パターンを、各種モノクローナル抗体を用いて免疫蛍光顕微鏡法および免疫電子顕微鏡法により明らかにした。その結果、主要なヘミセルロースが一次壁形成時にはキシログルカン、二次壁形成開始時にはアラビノキシラン、さらにS2層形成時にはフェルロイルアラビノキシランと変化していくことが示唆された。フェルロイルアラビノキシランの生合成は、まずBAHD1のはたらきによりフェルラ酸がUDP-アラビノースと結合し、その後キシラン主鎖に結合すると考えられている。そこでBAHD1に着目し、モウソウチクにおけるBAHD1ホモログPeBAHD1をクローニングした。またPeBAHD1の発現制御機構を明らかにするために、PeBAHD1プロモーター領域をクローニングした。
植物における組織特異的発現解析法を確立するために、切片を用いた発現解析手法を検討した。ごく少量のRNAサンプルの解析に向け、ddPCRを用いて極微量試料の発現を評価できるようにした。また解析に必要な切片の量を検討した。
繊維細胞の二次壁生合成を制御するnst/snd遺伝子をノックアウトした三重変異体および四重変異体ポプラの組織観察を行った。またポプラnst/snd三重変異体および四重変異体における遺伝子発現解析を行った。多くの遺伝子の発現変動が確認され、二次壁生合成に関連すると考えられる遺伝子を絞り込んだ。
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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
モウソウチク当年稈成長過程におけるヘミセルロースの堆積パターンを、各種モノクローナル抗体を用いて免疫蛍光顕微鏡法および免疫電子顕微鏡法により明らかにした。その結果、細胞壁層毎にヘミセルロースの生合成が変化していくことが示唆された。S2層形成時に生合成が活発になると考えられるフェルロイルアラビノキシランのフェルラ酸付加に関わる酵素BAHD1を解析することで、S2層形成メカニズムに迫ることができると考えられる。モウソウチクにおけるBAHD1ホモログであるPeBAHD1をクローニングすると共に、PeBAHD1のプロモーター領域のクローニングにも成功した。PeBAHD1の制御因子の解析に向けて順調に進展している。
植物における組織特異的発現解析法の確立に向けて、切片を用いた細胞組織特異的発現解析を試みている。抽出されるRNA量がごく少量であるため、まずはddPCRを用いて極微量試料の発現を評価できるようにした。また解析に必要な切片の量を検討した。
繊維細胞の二次壁生合成を制御するnst/snd遺伝子をノックアウトした三重変異体および四重変異体ポプラの組織観察を行った。またポプラnst/snd三重変異体および四重変異体における遺伝子発現解析を行った。多くの遺伝子の発現変動が確認され、二次壁生合成に関連すると考えられる遺伝子を絞り込むことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
モウソウチクにおける細胞壁多糖フェルロイル化制御機構に迫る。クローニングしたモウソウチクBAHD1の機能を解析するため、イネおよびシロイヌナズナにおける過剰発現体を作製する。また、モウソウチクBAHD1を転写制御するメカニズムを調べる。ハイスループット酵母ワンハイブリッドスクリーニング法、およびイネ培養細胞を用いたトランジェントアッセイ法により、イネの全転写因子ライブラリーの中からモウソウチクBAHD1遺伝子の発現を制御する転写因子を絞り込む。
植物における組織特異的な発現解析法を検討する。シロイヌナズナ以外にポプラやモウソウチクなども用いて行う。切片の作製法および固定時間を検討するとともに、逆転写反応の検討も行う。さらに、光化学反応による組織特異的な発現解析を試みる。
ポプラやスギなどの樹木分化中木部試料、またはモウソウチクなどの単子葉類試料を樹脂包埋し薄切片を作製、顕微鏡観察により細胞壁の微細構造を明らかにする。さらに分化中組織における植物ホルモンの定量を行い、各種植物ホルモンの分布を明らかにする。
二次壁生合成能が欠損したポプラnst/vns多重変異体のRNAseqにより絞り込まれた、二次壁生合成関連遺伝子の更なる絞り込みと機能解析を行う。また、モウソウチクにおける二次壁生合成関連候補転写因のクローニングおよび機能解析を行う。候補転写因子をイネにおいて過剰発現あるいは機能抑制させる組換え体を作出する。
以上から得られた結果を取りまとめ、学会発表を行う。
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