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植物にとって凍結ストレスは生存を左右する環境ストレスであるが、凍らない程度の低温を感知すると、植物は様々な生理変化を経て凍結耐性を向上させる（低温馴化）。本研究では、植物の主要なプロテオグリカンであるアラビノガラクタンプロテイン（AGP）に着目して研究を行った。AGPは膜結合型、および遊離型として細胞壁と細胞膜の双方に局在することが知られている糖タンパク質であり、塩ストレスをはじめとした環境ストレスとも関連性が深いとされるタンパク質である。本研究では、膜結合型、および遊離型AGPの糖鎖構造の違いと、低温馴化過程におけるAGPの発現量変化、および糖鎖構造の変化を明らかにすることを目的とした。
本年度は、分解酵素を用いた実験系により、シロイヌナズナの遊離型AGPの低温馴化過程での糖鎖構造変化を解析した。その結果、AG糖鎖末端に存在するメチルグルクロン酸（Me-GlcA）残基が低温馴化により増加することが推定された。AGPにβ-グルクロニダーゼ処理を行うことにより、AG糖鎖におけるMe-GlcAの量を定量したところ、実際に低温馴化により増加していることが明らかになった。また、Me-GlcAの合成と分解に関与する内生のグルクロン酸転移酵素、およびβ-グルクロニダーゼの遺伝子発現を解析したところ、低温馴化でそれぞれ増加および減少していることが明らかになった。AG糖鎖のMe-GlcA残基はAGPのカルシウムイオンキャパシターとしての働きに関わることから、低温馴化過程でのカルシウムの動体と上記の変化が関連していることが予想された。
これら一連の研究により、AGPなどの糖タンパク質やプロテオグリカン側鎖が低温や凍結といった環境ストレスの応答機構に関わっていることが提唱された。本研究は未解明な部分が多い植物のプロテオグリカンの機能を理解するための重要な知見を提供したと考えている。
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