気孔開口を調節する孔辺細胞のシグナル伝達機構の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J00303
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 安藤 英伍 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 植物生理学 / 環境応答 / 気孔運動

Outline of Annual Research Achievements

植物の気孔は、その開閉を通じて植物と大気間とのガス交換を調節している。気孔は光、特に太陽光中の青色光に応答して開口する。この時、孔辺細胞に存在する青色光受容体フォトトロピンを介したシグナル伝達によって孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseのC末端スレオニンがリン酸化されることで活性化し、気孔開口の駆動力を形成することが明らかにされている。本研究ではこれを仲介、調節する因子を明らかにすることを目的とし、葉を出発材料に孔辺細胞のH+-ATPaseのリン酸化レベルを定性的または半定量的に可視化する手法を確立し、突然変異体スクリーニングに応用し、これまでに3株の候補株を単離した。
本年度、これらの候補株の解析から、青色光に応答した孔辺細胞におけるH+-ATPaseのリン酸化が顕著に抑制されていた2株について解析を進めた。これらの変異体は、青色光照射下で、ネガティブコントロールとして用いた、青色光受容体フォトトロピンの二重変異株（phot1 phot2）と同程度のリン酸化レベルしか示さず、気孔開度についても同様な傾向がみられた。現在、これら変異体の原因遺伝子の同定に向けて、Landsberg erecta株との交配を行い、F2世代からH+-ATPaseのリン酸化レベルが低下した株の選抜を行っている。加えて、この先次世代シーケンサーを利用した解析も行えるよう、候補株の背景植物との戻し交配についても進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は孔辺細胞における細胞膜H+-ATPaseのリン酸化を仲介する新奇因子の発見を目標としており、H+-ATPaseの可視化によるスクリーニングを通じて実際に候補株を単離することができ、現在はその原因遺伝子を同定するフェーズに入りつつある。これらの状況を踏まえ、進捗はおおむね順調であると考える。

Strategy for Future Research Activity

今後、スクリーニングにより得られた候補株について、ラフマッピングならびに次世代シーケンサーを利用して、原因遺伝子の同定を目指す。原因遺伝子が明らかになり次第、既知の変異体や相補株の解析、および原因遺伝子がコードする因子の機能と孔辺細胞における具体的な役割を明らかにする実験を行う。