気孔開閉運動を制御する新奇カルシウムシグナル伝達機構の解析

控制气孔开闭运动的新型钙信号转导机制的分析

基本信息

批准号：
22K05560
负责人：
宗正晋太郎
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

植物の葉の表皮に存在する気孔は、一対の孔辺細胞からなる小孔であり、開閉運動を行うことでガス交換を調節する。孔辺細胞細胞質のカルシウムイオンは、気孔開閉運動の調節を行う孔辺細胞シグナル伝達において重要なセカンドメッセンジャーとして機能することが古くから知られている。本研究では、孔辺細胞シグナル伝達においてカルシウムイオンの輸送と感知に関与すると考えられる新規カルシウムイオンチャネル・細胞質カルシウムイオンセンサー候補因子の機能解析を進めている。シロイヌナズナT-DNA変異体コレクションからノックアウト変異体を得ることができなかったいくつかの遺伝子について、CRISPR/Cas9システムを用いて多重ノックアウト変異体の単離を行った。得られた多重変異体の気孔表現型解析を行い、候補遺伝子の機能重複を明らかにした。以上の植物の表現型解析により、気孔開閉運動の制御に関与することが明らかとなったGCMを含むカルシウムチャネル候補遺伝子について、アフリカツメガエル卵母細胞やHEK293細胞を異種発現系として用いた電気生理学実験を行い、イオン輸送活性の評価を試みたが顕著な活性は検出されず首尾に終わっている。そのため現在、タバコやシロイヌナズナの葉肉細胞プロトプラストなど発現系を植物に変更することを視野に入れて研究を進めている。細胞質カルシウムイオンセンサー候補因子であるキナーゼAについては、カルシウムイオンに依存した活性酸素種の蓄積に関与することを示唆する結果を得ている。

气孔存在于植物叶子的表皮中，是由一对保卫细胞组成的小孔，这些保卫细胞打开和关闭以调节气体交换。人们早就知道，保卫细胞胞质中的钙离子是保卫细胞信号转导中重要的第二信使，调节气孔的开闭运动。在这项研究中，我们正在进行新型钙离子通道和胞质钙离子传感器候选因子的功能分析，这些候选因子被认为参与钙离子转运和保卫细胞信号转导中的传感。对于无法从拟南芥T-DNA突变体集合中获得敲除突变体的几个基因，使用CRISPR/Cas9系统分离出多个敲除突变体。我们对获得的多个突变体进行了气孔表型分析，并阐明了候选基因的功能冗余。使用非洲爪蟾卵母细胞和HEK293细胞作为异源表达系统，对通过上述植物表型分析揭示参与气孔开闭运动的钙通道候选基因（包括GCM）进行评估。离子传输活性，但没有检测到显着的活性。因此，我们目前正在进行研究，旨在改变植物的表达系统，例如烟草或拟南芥叶肉细胞原生质体。关于激酶A（细胞质钙离子传感器的候选因子），我们获得的结果表明它参与了依赖于钙离子的活性氧的积累。