【研究分野】農業環境・情報工学

【研究領域課題番号】17H03893 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境制御 / バイオ医薬品 / 植物工場 / 一過性遺伝子発現 / ベンサミアナタバコ / インフルエンザワクチン / ヘマグルチニン / 温室 / 人工光型植物工場 / 遺伝子発現 / 小胞体ストレス / 植物利用型有用タンパク質生産 / 二酸化炭素施用 / 農業工学 / 環境 / 植物 / バイオテクノロジー / 蛋白質

【研究成果の概要】

一過性遺伝子発現法を用いた植物利用型有用タンパク質生産における，遺伝子導入前後の栽培環境条件の影響，および遺伝子導入後の気温が有用タンパク質生産量に及ぼす影響のメカニズムを明らかにすることを目的とした。遺伝子導入後の高PPFDおよび高CO2濃度がヘマグルチニン（HA）生産に必ずしも効果的ではないこと，および遺伝子導入前のPPFDおよび気温制御が遺伝子導入後のHA生産にとって重要であることが明らかとなった。また，遺伝子導入後に特定の気温条件で観察される葉のネクロシスに小胞体ストレスが関与することが示唆された。

【研究の社会的意義】

一過性遺伝子発現法を用いた植物利用型有用タンパク質生産において，遺伝子導入前後の環境制御の効果と，その効果の合理的解釈に関する知見が得られた。また，遺伝子発現の定量解析により，環境制御の効果をもたらす生理的メカニズムの一端が明らかになった。いずれも，実用的な植物利用型有用タンパク質生産において有用な知見となりうると考える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17K07448 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線結晶構造解析 / 転写制御 / 分子認識 / GRASファミリー / 結晶構造解析 / IDDファミリー / 転写因子 / タンパク質間相互作用 / パターン形成 / 蛋白質 / 生体分子 / シグナル伝達 / 植物 / 発現制御

【研究成果の概要】

植物の根の形態形成に関与するGRASファミリーと転写因子IDDファミリーの相互作用に着目して、構造生物学的・生化学的手法を用いてより詳細な転写制御の分子機構の解析を行った。GRASファミリーのSCL3とIDDファミリー複合体のX線結晶構造解析を行った結果、既存のGRAS-IDD相互作用とは異なる新規の相互作用であることが明らかとなった。また、生化学的な解析から転写因子IDDファミリーとGRASタンパク質の組み合わせによって多数のタンパク質から構成される複合体が形成され、複雑な転写制御が行われている可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

植物の根の形態形成は成長過程と調和して転写制御をオン・オフにするため、複雑に制御されている。本研究では根の形態形成に重要な2つのファミリーGRAS, IDDファミリーについてその立体構造解析と分子相互作用解析の結果から、GRASファミリーとIDDファミリーの相互作用様式には多様性があることを示し、結合する組み合わせによって様々な転写制御複合体を形成し得ることを明らかにした。本成果は植物の複雑な転写制御機構の理解を深めると期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】16H06380 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 有性生殖 / 自家不和合性 / 自他識別 / シグナル伝達 / 進化 / 植物生化学 / 生殖 / 蛋白質

【研究成果の概要】

自家不和合性の自他識別に関わる花粉因子および雌蕊因子の立体構造と相互作用様式をタンパク質レベルで解明し、アブラナ科植物における自己認識およびナス科植物における非自己認識の実態を明らかにした。アブラナ科植物が特異なCa2+シグナル経路を使って不和合反応を誘起していること、ナス科植物が細胞毒として機能する雌蕊因子の非自己特異的分解を介して他家受精を可能にしていることを明らかにした。植物の多様な自家不和合性機構の獲得に環境変化等に応じた可逆的な自家和合化が関与したとする新たな進化モデルを提唱した。

【研究の社会的意義】

自己・非自己の識別は、生物の根幹を成す基本的性質である。また、自家不和合性は、植物が種の遺伝的多様性を獲得する上で不可欠の性質である。一方で、氷河期など植物が孤立する環境下では自家不和合性は生存にとって不利に働く。本研究は、自家不和合性の仕組みとその可塑性を明らかにし、植物が多様な性表現を獲得し繁栄してきた経緯の理解を目指すものである。持続可能な地球環境維持に向けて重要な基礎的視点を提供すると共に、新たな植物育種法の確立など農業面への応用展開も期待できる研究である。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】183,040千円 (直接経費: 140,800千円、間接経費: 42,240千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】16H02545 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / シグナル伝達 / 細胞間認識 / 生殖 / 自家不和合性 / アブラナ科 / ナス科 / バラ科 / 蛋白質

【研究成果の概要】

アブラナ科およびナス科・バラ科植物の自家不和合性の分子機構解明に向けて、以下の研究を展開した。
１）自己・非自己識別機構の蛋白質構造化学的解明：アブラナ科植物の雌ずい因子である受容体キナーゼSRKの細胞外ドメインの異種発現系の構築を目指して様々なアミノ酸残基改変を行い、比較的可溶性の改変型発現蛋白質を得ることが出来た。一方、ナス科植物の花粉因子であるF-box蛋白質群SLFsに関しては、同様なアミノ酸残基改変を試みたが、発現蛋白質はいずれも凝集してしまい、現時点では有効な改変は見出されていない。
２）自他認識から受精阻害あるいは受精促進に至るまでの分子機構解明：アブラナ科植物の自家受粉時における受精阻害には、グルタミン酸受容体GLRsを介した乳頭細胞内へのCa2+流入が関与することが示唆されている。これを実験的に証明する目的で、GLRsの多重変異体の作出と解析を進めた。ナス科植物の他家受粉時における雌ずい因子S-RNaseの無毒化機構を解明する目的で、雌ずいを伸長中の花粉管内のS-RNaseの挙動について免疫組織化学的解析を進めた。
３）非自己から自己認識への転換機構の解明：ナス科およびバラ科におけるS-RNaseとSLFsとの相互作用解析系の確立に向けて、S-RNase蛋白質の異種発現系による発現条件の検討を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2017-03-31

【配分額】40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円)

【研究分野】形態・構造

【研究領域課題番号】17657022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 花粉管 / ガイダンス / 胚珠 / 糖タンパク質 / 花粉管ガイダンス / 助細胞 / 受精能獲得 / 細胞間コミュニケーション / タンパク質

【研究成果の概要】

花粉管に受精能を与えるAMOR(AMOR ; Activation Molecule for Response Capability)タンパク質を同定し、その生理生化学的性質を明らかにした。花粉管は雌蕊から2段階の制御を受ける。すなわち、花柱組織で未知の仕組みによる第一段階の制御を受けた花粉管が、さらに胚珠に由来するAMORの作用で反応性を獲得する。AMORの分画・精製を進めたところ、胚珠の胞子体組織から分泌される平均分子量70kDaのタンパク質であることを見出し、電気泳動後に目的バンドを切り出して活性を確認した。AMORは強い熱耐性を持つ。興味深いことに、当初糖タンパク質(AGP)と思われたAMORは、AGPsと複合体を形成して花粉管に作用することが明らかとなった。タバコの自家不和合性においても、細胞間シグナリングに関わる,RNaseが雌蕊組織から分泌され、糖タンパク質に覆われる形で花粉管に作用することが示唆されており、雌蕊内部での細胞間シグナリングの重要なメカニズムを反映しているのかも知れない。AMOR自体には糖鎖がついていないことが示唆された。さらに、花1万個からのAMORの精製および質量分析による解析を試みたが、シグナルが弱く、同定には至らなかった。そこで、花12万個を用いた精製を行うことを決め、花13万個以上からのサンプルの回収を達成した。今後、この試料をもとにAMOR遺伝子の同定ならびに受精能獲得の分子機構解明が進められることが期待される。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)