栄養ストレス下の植物における膜脂質転換の制御メカニズムの解明

阐明营养胁迫下植物膜脂转化的控制机制

• 批准号: 21K05325
• 负责人: 下嶋 美恵
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05325/
• 关键词: リン酸欠乏; 膜脂質転換; リン脂質分解; リン酸; 窒素; 炭素; 脂質; ストレス耐性; 栄養欠乏

植物はリン欠乏時に、生体膜を構成するリン脂質の大半を糖脂質に転換する。これは、リン欠乏ストレスに順応して生育するために植物が有する膜脂質転換機構であることが知られている。しかし、これまでの申請者らの研究により、このリン欠乏時の膜脂質転換に寄与するリン脂質分解経路は、実は窒素欠乏時の生育にも必須であること、すなわち、土壌中の栄養量が変動する生育環境に順応するための重要な機構であることが明らかになった。そこで本研究では、特にリン欠乏生育時のリン脂質分解に寄与するホスファチジン酸ホスホヒドロラーゼ（PAH）の活性発現制御、さらに、栄養欠乏生育条件下におけるこのリン脂質分解経路の重要性が、植物種を超えて広く保存されているのかどうかに着目して研究を行っている。これまでに、PAHと同様、リン欠乏時の膜脂質転換に寄与しているNPC5について、シロイヌナズナPAH1, PAH2, NPC5のトリプルノックアウト変異体をゲノム編集により作出した。しかし、リン酸欠乏時の生育において、PAH1, PAH2ダブルノックアウト変異体との差がみられなかったことから、シロイヌナズナにおけるNPC5のリン欠乏時の膜脂質転換への寄与は小さいことが明らかになった。また、陸上植物の初期に分岐したゼニゴケについてもPAHの解析を進めたところ、ゼニゴケにおいてPAHはリン欠乏時の膜脂質転換におけるリン脂質分解にあまり寄与していないことがわかった。このことは、ゼニゴケにおいては、シロイヌナズナでは寄与が小さいとされたNPC5がリン脂質分解を担っている可能性を示唆した。そこで、ゼニゴケのNPCホモログである３遺伝子について、ゲノム編集法により変異体を作出、表現型および膜脂質組成の解析を行ったところ、ゼニゴケの３つのNPCはPAHと同様、リン欠乏時のリン脂質分解には寄与していない可能性が示唆された。

当植物缺乏磷时，构成其生物膜的大部分磷脂都会转化为糖脂。已知这是植物为了适应缺磷胁迫而生长所具有的膜脂转化机制。然而，申请人之前的研究表明，磷饥饿期间有助于膜脂转化的磷脂分解途径实际上对于氮饥饿期间的生长至关重要，这意味着土壤中的养分量已被揭示，这是一种适应不断变化的增长环境的重要机制。因此，在本研究中，我们研究了磷缺乏生长期间​​有助于磷脂分解的磷脂酸磷酸水解酶（PAH）活性表达的调节，以及这种磷脂分解途径在营养缺乏生长条件下的重要性。进行研究的重点是它是否已被广泛保存。迄今为止，我们已经通过对 NPC5 进行基因组编辑，创建了拟南芥 PAH1、PAH2 和 NPC5 的三重敲除突变体，该突变体与 PAH 一样，有助于磷饥饿期间的膜脂转化。然而，与PAH1、PAH2双敲除突变体相比，缺磷条件下的生长没有观察到差异，表明NPC5对拟南芥缺磷期间膜脂转化的贡献很小。此外，我们分析了地钱（陆地植物的早期分支）中的多环芳烃，发现在地钱中，多环芳烃在磷饥饿期间的膜脂转化过程中对磷脂分解没有显着贡献。这表明，NPC5（被认为在拟南芥中起很小的作用）可能负责地草中的磷脂降解。因此，我们利用基因组编辑的方法，对地钱的三个NPC同源基因创建了突变体，并分析了它们的表型和膜脂组成。我们发现，地钱的三个NPC与PAH类似，都是受缺磷影响的磷脂。有人认为它可能不会促进分解。

项目成果

Developing platforms for production of oxylipins in plant vegetative tissues

开发在植物营养组织中生产氧脂质的平台

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahiro Kanatani;Yuta Ihara;Takayuki Wakamatsu;Mineyuki Yokoyama;Daisuke Maezawa;Hiroyuki Ohta;Mie Shimojima
• 通讯作者: Mie Shimojima

シロイヌナズナにおけるリン欠乏時のホスファチジン酸ホスホヒドロラーゼの局在解析

拟南芥缺磷期间磷脂酸磷酸水解酶的定位分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊藤寛康;井原雄太;太田啓之;下嶋美恵
• 通讯作者: 下嶋美恵

ゼニゴケにおけるオリゴガラクト脂質合成能と機能の解析

地钱低聚半乳糖脂合成能力及功能分析

• 发表时间: 2023
• 作者: Ohoka Nobumichi;Suzuki Masanori;Uchida Takuya;Tsuji Genichiro;Tsukumo Yoshinori;Yoshida Masayuki;Inoue Takao;Demizu Yosuke;Ohki Hitoshi;Naito Mikihiko;清水信介，堀孝一，石崎公庸，下嶋美恵，太田啓之
• 通讯作者: 清水信介，堀孝一，石崎公庸，下嶋美恵，太田啓之

シロイヌナズナのリン欠乏時の膜脂質転換におけるnon-specific phospholipase C5の機能解析

拟南芥磷饥饿过程中非特异性磷脂酶C5在膜脂转化中的功能分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 渡邊帆南;井原雄太;吉竹悠宇志;太田啓之;下嶋美恵
• 通讯作者: 下嶋美恵

クラミドモナスの MYB1 はリン欠乏時の脂質転換に関与する

衣藻 MYB1 参与磷饥饿期间的脂质转化

• 发表时间: 2023
• 作者: Niwa Kazuki;Kubota Hidehiro;Enomoto Toshiteru;Ichino Yoshiro;Ohmiya Yoshihiro;福田恒青，堀孝一，井原雄太，下嶋美恵，太田啓之
• 通讯作者: 福田恒青，堀孝一，井原雄太，下嶋美恵，太田啓之