高等植物の気孔形成に関する分子遺伝学的研究

高等植物气孔形成的分子遗传学研究

基本信息

批准号：
10182219
负责人：
中川強
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Shimane University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10182219/
关键词：
シロイヌナズナ気孔サイトキネシス変異体

项目摘要

植物細胞の分化や形態構築を研究において、気孔を形成する孔辺細胞はすぐれたモデルである。本研究課題では、シロイヌナズナ気孔形態異常変異株を単離してその表現型の解析を行うこと、原因遺伝子を単離してその働きを分子レベルで解析することを目的とした。数種類の変異株の単離に成功したが、今年度は特にshabondama4と名付けた変異株に注目して研究を進めた。shabondama4変異体では正常な気孔の代わりに、丸い一個の細胞や、楕円形の細胞、そしてC字型の細胞が生じ、これらの細胞中には核が2個検出された。孔辺細胞の向きが揃う花茎を用いた解析の結果、これら異常細胞では分裂面の形成が不完全であることが示された。このことよりshabondama4は孔辺細胞の前駆体である孔辺母細胞の分裂、特に細胞板形成に関する変異体であることが考えられた。さらに原因遺伝子座のマッピングと遺伝子の同定を試み、2番染色体下部に存在する遺伝子内にアミノ酸置換を生じる変異を見いだした。この原因遺伝子は632アミノ酸をコードしており、他の生物種においても類似の配列を持つものは見いだされていない。構造的にはセリン含量が高く、また親水性のタンパク質であった。また、核移行シグナルの存在が見いだされ、核内に局在することが予測された。植物細胞の分裂において、核の分離後細胞板形成が行われ細胞分裂が進行していく。shabondama4変異体の表現型とその遺伝子産物の特徴を考えあわせると、shabondama4遺伝子の機能として、核分離と細胞板形成との中継のような働きをしていることが事が予想された。shabondama4遺伝子は植物のみに存在する可能性が高いため、植物に特有な細胞板形成の開始の調節に関与する特異な因子であることが考えられる。今回、気孔に着目して研究を進めた結果、植物に特有な現象で働く特異な遺伝子を同定に成功するという成果をあげることができた。

形成气孔的保卫细胞是研究植物细胞分化和形态结构的绝佳模型。本研究项目的目的是分离气孔形态异常的拟南芥突变体并分析其表型，并在分子水平上分离致病基因并分析其功能。我们已经成功分离出几种类型的突变菌株，但今年我们将研究重点放在我们命名为 shabondama4 的突变菌株上。在shabondama4突变体中，出现了单个圆形细胞、椭圆形细胞和C形细胞而不是正常的气孔，并且在这些细胞中检测到两个细胞核。使用排列有保卫细胞的花茎进行分析表明，这些异常细胞的分裂面未完全形成。这表明shabondama4是与保卫母细胞分裂相关的突变体，保卫母细胞是保卫细胞的前体，特别是与细胞板形成相关。此外，我们试图绘制致病基因座图并鉴定该基因，并发现了一种突变，该突变导致位于 2 号染色体底部的基因发生氨基酸取代。该致病基因编码632个氨基酸，在其他物种中尚未发现类似序列。从结构上看，它具有高丝氨酸含量，是一种亲水性蛋白质。此外，还发现了核定位信号的存在，并预测该蛋白质将定位于细胞核内。在植物细胞分裂期间，细胞核分离后发生细胞板形成，并且细胞分裂进行。考虑到shabondama4突变体的表型及其基因产物的特征，预测shabondama4基因的功能是充当核分离和细胞板形成之间的中继。由于shabondama4基因可能只存在于植物中，因此它被认为是参与调节植物特有的细胞板形成起始的独特因子。这次，通过以气孔为中心的研究，我们成功地鉴定出了在植物特有的现象中发挥作用的独特基因。