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2022 年度 実施状況報告書

原始植物ホルモン受容体-リガンドを用いた人工的逆進化によるジャスモン酸応答制御

研究課題

研究課題/領域番号 22K14834
研究機関東北大学

研究代表者

加治 拓哉  東北大学, 理学研究科, 助教 (80835520)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード植物ホルモン / 受容体 / タンパク間相互作用 / 分子進化
研究実績の概要

本申請研究では始原ジャスモン酸受容体-リガンドを用いて、高等植物の植物内でキメラ受容体を作成することで、原始的な合成リガンドによるシグナル伝達を先祖返りさせ、部分的なジャスモン酸シグナルの活性化が可能かどうかを明らかにすることを目指している。当該年度においては、人工的先祖返り戦略の概念実証に向けた準備として下記を実施した。
1) リガンド、タンパク、ペプチド類の新規合成・準備など:申請後に新たに見出された真の始原ジャスモン酸リガンド候補分子delta4-dn-iso-OPDAについて新たに合成経路の確立を行い、これが既知のdn-iso-OPDAなどと同様に始原ジャスモン酸受容体に対して高い結合親和性を有することを明らかにした。
また、in-vitroでの生化学実験に必要なMpCOI1やJAZなどについて調整した。
2) dn-iso-OPDAに対するキメラ受容体との結合親和性評価:既知の始原ジャスモン酸であるdn-iso-OPDAについて、ゼニゴケのMpCOIと高等植物シロイヌナズナのJAZとを用いたキメラ受容体に対する結合親和性評価を実施し、系統樹解析からシロイヌナズナの原始的なJAZサブタイプと予想した一部のサブタイプに選択性を示すことを示唆する知見を得た。
3) 人工的先祖返りに向けたシロイヌナズナ形質転換体の作成:植物を用いたコンセプト実証実験に向け、シロイヌナズナのcoi1-30変異体に対して、ゼニゴケのMpCOI1を導入する形質転換をfloral dip法によりアグロバクテリウムを用いて実施した。望みの形質転換体は雄性不稔と予想されたためgenotypingと薬剤耐性を組み合わせたT0 lineのスクリーニングによるヘテロ体の選別を実施した後、T1にて変異導入についてホモの形質転換体の作出・選別を進めている。

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

原始的な植物ホルモンジャスモン酸のリガンドと受容体を用いて高等植物のジャスモン酸受容機構を先祖返りさせることができるかどうかを明らかにする上で、原始的なCOI1受容体の真の活性リガンドを明らかにすることは重要である。申請後に見出された新規リガンド候補分子であるdelta4-dn-iso-OPDAの合成経路を確立し、原始的な受容体との親和性を確認した点は、既に明らかになっている活性リガンドdn-iso-OPDAと合わせた原始的な受容体を用いた先祖返り戦略の実施や、その後のキメラ共受容体によるリガンド認識機構の解明に役立つと期待される。
また、人工的な逆進化のモデルとして実施するシロイヌナズナの形質転換体の作出についても順調に進んでいることから概ね順調であると評価した。

今後の研究の推進方策

まずは前年度に合成経路を確立した新規始原ジャスモン酸リガンドについて論文投稿を目指す。
キメラ受容体との結合親和性評価について他の植物種への適用を含め引き続き実施する予定である。
前年度に引き続きシロイヌナズナ変異体の作出を進め、合成した始原ジャスモン酸リガンドを用いた遺伝子発現解析など生物活性評価に着手する。
また、原始的なCOI1受容体とリガンドが、高等植物のJAZの中でも原始的なサブタイプと相互作用しているという予備的知見についてより構造的な詳細を明らかにするためにこれまでに実施しているin-silicoでのドッキング解析に加えて、結晶化検討などより直接的な実験データを得るための検討を進める予定である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] ゼニゴケの新規始原jasmonate, Δ4-dinor-OPDAの合成・同定2023

    • 著者名/発表者名
      加治拓哉、吉松幸徳、加藤信樹、櫻井春香、Gangqiang Yang、Guillermo H. Jimenez-Aleman、Robert Solano、上田 実
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] Δ4-dinor-iso-OPDAの合成と受容体親和性2023

    • 著者名/発表者名
      吉松幸徳、加治拓哉、Gangqiang Yang、加藤信樹、Guillermo H. Jimenez-Aleman、Robert Solano、上田 実
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] ゼニゴケの新規始原jasmonate, Δ4-dinor-OPDAの合成・同定2023

    • 著者名/発表者名
      加治拓哉、吉松幸徳、加藤信樹、櫻井春香、Gangqiang Yang、Guillermo H. Jimenez-Aleman、Robert Solano、上田 実
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 始原植物ホルモン系を用いた植物ホルモンシグナル伝達の「人工的先祖返り」戦略2022

    • 著者名/発表者名
      加治拓哉、吉松幸徳、櫻井春香、加藤信樹、Wang Jianxin、上田 実
    • 学会等名
      日本ケミカルバイオロジー学会 第16回年会
  • [学会発表] ゼニゴケの真の未同定植物ホルモン Δ4-dinor-iso-OPDA2022

    • 著者名/発表者名
      吉松幸徳、加治拓哉、加藤信樹、Guillermo H. Jimenez-Aleman、Robert Solano、上田 実
    • 学会等名
      植物化学調節学会第57回大会

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公開日: 2023-12-25  

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