2011 Fiscal Year Research-status Report
植物における生体内ポリアミン制御システムの解明と新規ポリアミン型機能分子の探索
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23780345
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 芳弘 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (20390891)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | ポリアミン / ポリアミンオキシターゼ / シロイヌナズナ / イネ |
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| Research Abstract |
ジアミンのプトレシン、トリアミンのスペルミジン、テトラアミンのスペルミンとサーモスペルミンを代表とするポリアミンは、植物の胚発生、細胞分裂、形態形成、維管束分化、花器官の発育促進、老化抑制、環境ストレス耐性など、植物の様々な生理過程に関与する重要分子であることが示唆されている。そこで本研究では、ポリアミンの高機能を農作物の生産性向上に応用すべく、ポリアミン合成に関わる酵素遺伝子群と比較すると非常に知見が乏しい、ポリアミン分解に関わるポリアミンオキシターゼ（PAO）個々の特徴とポリアミン分解機構を明確化することを目的とした。 データーベース上に存在する植物PAOアミノ酸配列を用いた分子系統樹解析の結果、単子葉植物、もしくは、双子葉植物のPAOのみから構成されるグループと、双方が混在する3つのグループに分類分けされた。そこで、双子葉植物としてシロイヌナズナの全PAOの特徴付けを行うと共に、単子葉植物としてイネの全PAO遺伝子に着目し、詳細な機能解析を行った。イネの全PAO遺伝子の組織・生育ステージ別の発現量を調査した結果、単子葉植物・双子葉植物双方が含まれるグループに属する３種類のPAO遺伝子群が、発現量の高い主要因子であることが明らかとなった。そこで、これらのタンパク質の細胞内局在性を調査した結果、全てペルオキシゾームに局在することが確認され、リコンビナントタンパク質を用いた基質特異性を解析した結果、スペルミンをスペルミジンへ、もしくは、スペルミジンをプトレシンへと分解するバックコンバージョン活性を有していることを明らかとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
おおむね順調に達成しており、研究実績の概要に記載した通り、イネの主要ポリアミンオキシターゼの特徴付けを行うと共に、当初の計画通り次年度に詳細な機能解析を予定している植物材料作製、シロイヌナズナpao遺伝子多重欠損変異体の作出も完了した。その他、高度好熱菌を含む特殊な生物のみが生産する様々な特殊ポリアミンを用いて、植物の生体防御能を高める新規高機能ポリアミン型分子の探索を行い、植物の耐病性機構に寄与する遺伝子群を強く誘導する複数の高機能候補分子を選別している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、単子葉植物のみから構成されるグループに属するPAOの特徴付けを行い、単子葉植物、双子葉植物でのポリアミン分解機構の相違点を明確化すると共に、シロイヌナズナpao遺伝子多重欠損変異体を用いた詳細な機能解析及び、植物の生体防御能を高める新規高機能ポリアミン型分子の有効性を調査する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成24年度請求額とあわせて、次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である。
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[Journal Article] Constitutively and highly expressed Oryza sativa polyamine oxidases localize in peroxisomes and catalyze polyamine back conversion2012
Author(s)
Ono, Y., Kim, D.W., Watanabe, K., Sasaki, A., Niitsu, M., Berberich, T., Kusano, T. and Takahashi, Y.
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Journal Title
Amino Acids
Volume: 42
Pages: 867-876
Peer Reviewed
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[Journal Article] Spatio-temporal expression analysis of Arabidopsis thaliana spermine synthase gene promoter2011
Author(s)
Sagor, G.H.M., Yamaguchi, K., Watanabe, K., Berberich, T., Kusano, T. and Takahashi, Y.
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Journal Title
Plant Biotechnology
Volume: 28
Pages: 407-411
Peer Reviewed
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