種子貯蔵タンパク質の輸送をモデルとした植物における紬胞内小胞輸送の分子機構の解明

以种子储存蛋白的运输为模型阐明植物囊泡内运输的分子机制

基本信息

批准号：
06J02710
负责人：
冨士健太郎
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

高等植物の種子は発芽時の栄養として、大量の貯蔵タンパク質を細胞内に蓄積している。種子貯蔵タンパク質は粗面小胞体で前駆体として合成された後、小胞輸送経路を介してタンパク質蓄積型液胞へ運ばれ、切断を受けて成熟型となる。しかしながら、この液胞への小胞輸送経路に関与する因子は現在までほとんど同定されていない。本研究で代表者らは、この輸送経路に異常を示す突然変異体を単離し、その原因遺伝子を同定する遺伝学的アプローチから、小胞輸送機構に関与する因子の同定並びにその因子の織り成す制御機構の解明を行った。突然変異体の単離にあたり、新規スクリーニング法を開発した。可視化マーカーGFPに液胞移行シグナルを付加した融合タンパク質を種子特異的に発現する形質転換シロイヌナズナでは、輸送異常を起こしている突然変異体種子が野生型と比較して強いGFP蛍光を発するようになる。GFP蛍光を指標とすることで、非常に簡易かつ効率的に変異体スクリーニングを行える。その表現型からこれらシロイヌナズナ輸送変異体をgfs(green fluorescent seed)変異体と名付け、原因遺伝子の同定を行った。その結果、これまでにいくつかの新規の輸送関連因子を同定することに成功した。輸送関連因子の詳細な解析から、植物特有の選別輸送機構が明らかになりつつある。また、多くのgfs変異体では種子貯蔵タンパク質の輸送異常の表現型だけでなく、他の器官でも異常な表現型をもつことが明らかになった。この結果から液胞への小胞輸送機構が、植物における高次的な機能について重要な役割を担うことが伺える。

较高植物的种子在发芽期间积累了大量的细胞中储存蛋白作为营养。种子储存蛋白在粗糙的内质网中合成为前体，然后通过囊泡传输途径转运到蛋白质充气的液泡中，并裂解以形成成熟的形式。但是，迄今为止，已经确定了该囊泡传输途径的涉及的因素。在这项研究中，代表确定了囊泡运输机制涉及的因素，并阐明了与在该转运途径中表现出异常的突变体保持一致的调节机制，并确定了病因基因。开发了一种用于隔离突变体的新型筛选方法。在转化的拟南芥中，该拟南芥特异性地表达了一个融合蛋白，并带有液泡转移信号添加到可视化标记GFP中时，经历运输异常的突变种子比野生型会发出更强的GFP荧光。通过使用GFP荧光作为指数，可以以非常简单有效的方式进行突变筛选。基于表型，这些拟南芥转运突变体被命名为GFS（绿色荧光种子）突变体，并鉴定出病因基因。结果，我们已经成功地确定了迄今为止的几个新型与运输相关的因素。与运输相关因素的详细分析揭示了植物特异性的分类运输机制。还发现，许多GFS突变体不仅在种子储存蛋白转运异常中，而且在其他器官中也具有异常的表型。该结果表明，向液泡的囊泡传输机制在植物的高阶功能中起重要作用。