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。

高等植物的种子在其细胞内积累大量的储存蛋白作为发芽过程中的营养物质。种子储存蛋白在粗面内质网中作为前体合成，然后通过囊泡运输途径运输至蛋白质储存液泡，在那里它们经历裂解并成熟。然而，迄今为止，涉及这种囊泡运输至液泡途径的因素还很少。在这项研究中，代表们分离出了在该转运途径中表现出异常的突变体，并利用遗传学方法鉴定了致病基因，并利用遗传学方法鉴定了参与囊泡转运机制的因素以及这些因素的控制机制。机制得到阐明。开发了一种新的筛选方法来分离突变体。在特异性表达带有添加到可视化标记 GFP 的液泡运输信号的融合蛋白的转基因拟南芥中，与野生型相比，具有运输缺陷的突变种子发出更强的 GFP 荧光。通过使用GFP荧光作为指示剂，可以非常容易和有效地进行突变体筛选。根据它们的表型，这些拟南芥转运突变体被命名为 gfs（绿色荧光种子）突变体，并鉴定了致病基因。结果，我们成功地确定了几个新的与运输相关的因素。对运输相关因素的详细分析开始揭示植物特异性的选择性运输机制。此外，许多gfs突变体不仅在种子储存蛋白的运输方面而且在其他器官中都被发现具有异常表型。这些结果表明，囊泡向液泡的运输机制在植物的高级功能中发挥着重要作用。