植物の形態多様性を担うE3ユビキチンリガーゼの分子機構の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K22644
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 別所 奏子 (別所・上原奏子) 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90876624)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2023-03-31
• キーワード: E3ユビキチンリガーゼ / 植物 / 形態形成

研究実績の概要

本研究ではシロイヌナズナのRING型E3ユビキチンリガーゼであるATL43の相互作用因子を同定し、ATL43を起点とした形態形成の分子機構の解明を目指した。 同時にイネのATL43オーソログ遺伝子であるRAE3についても解析を行い、イネRAE3の細胞内での機能と形態形成におけるシグナル経路の同定を試みた。シロイヌナズナとイネという離れた系統の植物種におけるオーソログ遺伝子が、同一のシグナルネットワークを構築しているのかそれとも大きく異なるのかを明らかにするため、TurboIDという近接タンパク質同定技術を用いた検証を行う。
これまでにATL43過剰発現体では葉身サイズ、花茎高、長角果サイズが小さくなること、またその原因として細胞サイズの縮小および細胞形態の変化があることを見出した。一方、ATL43のRINGドメインを欠損させたATL43(Δ RING)過剰発現体では野生型と同等の表現型を示すことから、ATL43によってユビキチン化され分解される基質が細胞サイズや形態および細胞分裂制御を担っていると予想した。TurboIDを用いた探索によりATL43の相互作用因子を網羅的に同定し、BiFCアッセイによってCIPK9というキナーゼと相互作用していることを示した。また、RAE3は細胞膜上に存在し、幼穂特異的に高発現すること、RINGドメインへの点変異導入形質転換体では芒伸長が見られなくなることを明らかにした。RAE3-TurboIDの形質転換体作出には至らなかったが、配列解析により単子葉と双子葉のRAE3オーソログでは基質認識部位の保存性が異なることがわかり、RAE3とATL43の基質は異なることが示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] Purdue University/Texas Tech University/Cornell University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Purdue University/Texas Tech University/Cornell University
  • 他の機関数: 1
• [雑誌論文] REGULATOR OF AWN ELONGATION 3, an E3 ubiquitin ligase, is responsible for loss of awns during African rice domestication (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanako Bessho-Uehara, Kengo Masuda, Diane R. Wang, Rosalyn B. Angeles-Shim, Keisuke Obara, Keisuke Nagai, Riri Murase, Shin-ichiro Aoki, Tomoyuki Furuta, Kotaro Miura, Jianzhong Wu, Yoshiyuki Yamagata, Hideshi Yasui, Michael B. Kantar, Atsushi Yoshimura, Takumi Kamura, Susan R. McCouch, Motoyuki Ashikari
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 ページ: e2207105120
  • DOI: 10.1073/pnas.2207105120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 離れた２地域におけるイネ栽培化過程で独立に選択された芒伸長遺伝子についての解析 II (2023)
  • 著者名/発表者名: 別所-上原奏子、増田健吾、Diane R Wang、Rosalyn Shim、小原圭介、永井啓祐、村瀬莉里、青木真一郎、山形義之、安井秀、嘉村巧、Susan McCouch、芦苅基行
  • 学会等名: 日本育種学会第143回講演会
• [学会発表] 植物の葉・花器官形態を制御するE3ユビキチンリガーゼを軸としたシグナル経路同定に向けて (2022)
  • 著者名/発表者名: 別所-上原 奏子
  • 学会等名: 生物学科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] イネ栽培化過程における芒消失に関わる分子遺伝学的研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 別所-上原 奏子
  • 学会等名: 第12回東北植物学会
• [備考] アフリカイネが芒を失った理由 ～アジアとアフリカで異なる遺伝子の選抜が起きたことを解明～
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/01/press20230119-01-awn.html