植物の窒素同化に関わる硝酸・亜硝酸イオン輸送体の構造・機能解析

参与植物氮同化的硝酸盐和亚硝酸盐离子转运蛋白的结构和功能分析

基本信息

批准号：
16J07199
负责人：
福田昌弘
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

植物は主に硝酸イオンを窒素源として取り込み、亜硝酸イオンを経てアンモニウムイオンにまで還元することでアミノ酸合成などを行う（窒素同化）。本研究は、高等植物の窒素同化の第一段階である硝酸態窒素の取り込みを担う高親和性硝酸イオン輸送体NRT2のX線結晶構造解析および生化学解析を通して、いまだ多くの謎に包まれている植物による窒素同化の分子機構を解明することが目的である。植物のNRT2は根の細胞膜などに発現しており、硝酸イオンの取り込みに中心的な役割を果たす。単量体で働く細菌の硝酸輸送体に対して、植物のNRT2はNAR2と呼ばれるアクセサリータンパク質とヘテロ複合体を形成することで高い輸送活性を示すことが報告されている。しかし、その構造およびアクセサリータンパク質による輸送制御機構は謎に包まれている。本研究では、NRT2-NAR2複合体の構造・機能解析を通して、他のMFS輸送体には見られないヘテロ複合体構造がもたらす植物独自の硝酸イオン取り込み機構を原子レベルで解明することを目的とした。初年度でのスクリーニングの結果同定した構造解析に適すると考えられたNRT2-NAR2複合体に関して、発現条件や精製条件の検討をすすめた。その結果、1組の植物由来NRT2-NAR2複合体に関してLCP結晶が得られ、最高分解能2.4Åの回折像を得た。今後はさらに結晶化条件やコンストラクションの検討をすすめて構造を決定することを目指すとともに、生化学的な機能解析や植物を用いた機能解析を行うことで、植物による窒素同化の分子機構を解明することを目指す。

植物主要吸收硝酸根离子作为氮源，并将其还原为亚硝酸根离子，然后还原为铵离子以进行氨基酸合成（氮同化）。通过对高亲和力硝酸根离子转运蛋白NRT2的X射线晶体结构分析和生化分析，NRT2负责吸收硝酸盐氮，这是高等植物氮同化的第一步，我们调查了许多仍然笼罩的谜团。其目的是阐明植物氮同化的分子机制。植物 NRT2 在根细胞膜中表达，在硝酸根离子的吸收中发挥核心作用。与作为单体发挥作用的细菌硝酸盐转运蛋白相比，植物 NRT2 据报道通过与称为 NAR2 的辅助蛋白形成异质复合物而表现出高转运活性。然而，其结构和辅助蛋白的运输控制机制仍笼罩在神秘之中。本研究通过对NRT2-NAR2复合物的结构和功能分析，旨在从原子水平阐明异质复合物结构带来的植物特异性硝酸根离子摄取机制，这是其他MFS转运蛋白所没有的。对于第一年的筛选结果确定的、被认为适合结构分析的NRT2-NAR2复合物，我们继续检查表达和纯化条件。结果，获得了一对植物来源的NRT2-NAR2复合物的LCP晶体，并获得了最大分辨率为2.4埃的衍射图像。今后，我们的目标是通过进一步研究结晶条件和构建来确定结构，并通过进行生化功能分析和使用植物的功能分析来阐明植物氮同化的分子机制。