A study on stress dynamics and its diversity in plant cells based on molecular imaging of membrane lipids

基于膜脂分子成像的植物细胞逆境动态及其多样性研究

基本信息

批准号：
20K06731
负责人：
大田修平
金额：
$ 2.5万
依托单位：
National Institute for Environmental Studies
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生物はさまざまな環境ストレス対して防御機構を備えているが、生物種によって多様な仕組みが備わっている。真核生物にはストレス応答機構としてオートファジー（ATG）が知られている。ATGは細胞内のタンパク質のリサイクル機構として知られ、酵母や哺乳類細胞を利用した研究が多数報告されている。一方、植物細胞にもATGが確認されているものの、動物や酵母細胞を対象にした研究に比べて遅れている。本研究ではATG過程に見られる微細構造や膜脂質組成の変化をフローサイトメトリーや分子イメージングにより明らかにし、“広義の植物”に関するストレス応答の動態とその多様性を理解する。2021年度は、真核生物の多様な系統群に属する微細藻類を対象に、それぞれATG機構に着目したストレス応答動態の多様性を理解することを目的とした。国立環境研究所微生物系統保存施設（MCC-NIES）に維持されている藻類株のうち、特に広義の緑藻である藻類株を選定し、間接蛍光抗体法の実験、並びに、オートファジー関連遺伝子群の分子系統解析を実施した。選定した藻類株は、ストレプト植物であるMesostigma viride NIES-296や広義の緑色植物の最も原始的な系統的位置にあるPrasinoderma coloniale NIES-2582など、緑色植物の多様性を調べる上で重要な分類群を選定した。ATG機構上流のセカンドメッセンジャー分子であるホスファチジルイノシトール３リン酸（PI3P）の動態をフローサイトメトリーで解析したところ、コア緑藻とストレプト植物では、PI3Pの細胞内動態が異なることが示された。ストレプト植物では酵母や哺乳類細胞で見られるタイプの細胞内動態であるのに対し、コア緑藻では酵母や哺乳類細胞とは異なるタイプの細胞内動態であることが示唆された。

生物体具有针对各种环境胁迫的防御机制，并且每个物种都有多种机制。自噬（ATG）被认为是真核生物中的一种应激反应机制。 ATG被认为是一种细胞内蛋白质回收机制，并且已经报道了许多使用酵母和哺乳动物细胞的研究。另一方面，虽然ATG已在植物细胞中得到证实，但这项研究落后于动物和酵母细胞的研究。在本研究中，我们将利用流式细胞术和分子成像来阐明ATG过程中观察到的微观结构和膜脂组成的变化，并从广义上了解植物逆境反应的动态和多样性。 2021年，我们的目标是了解属于不同真核系统发育群体的微藻的应激反应动力学的多样性，重点关注ATG机制。在国立环境研究所微生物系统档案馆（MCC-NIES）保存的藻类菌株中，我们选择了广义上的绿藻菌株，并使用间接荧光抗体方法进行了实验和自噬相关基因的分析。进行了分子系统发育分析。所选藻类是研究绿色植物多样性的重要分类群，例如链藻类 Mesostigma viride NIES-296 和在广泛的绿色植物中处于最原始系统发育位置的 Prasinoderma colone NIES-2582。被选中。通过流式细胞术对 ATG 机制上游的第二信使分子磷脂酰肌醇三磷酸 (PI3P) 的动力学进行分析表明，核心绿藻和链霉菌之间 PI3P 的细胞内动力学不同。我们的结果表明，链霉菌表现出酵母和哺乳动物细胞中所见类型的细胞内动力学，而核心绿藻表现出与酵母和哺乳动物细胞不同类型的细胞内动力学。