Roles for arginine metabolism in the establishment of plant body plan

精氨酸代谢在植物体计划建立中的作用

基本信息

批准号：
22K06289
负责人：
川出健介
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Basic Biology
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

これまでに、陸上植物の進化において初期に現れたコケ植物・ヒメツリガネゴケでは、茎や葉からなるシュート組織（茎葉体）の発生および成長がアルギニン代謝の変化で促進される現象を見いだしている。そこで本研究では、茎葉体の発生および成長に応じて活性化もしくは抑制される代謝経路の同定を最初の課題とした。そのために、安定同位体13C（炭素）もしくは15N（窒素）で標識したアルギニンをヒメツリガネゴケ組織に取り込ませ、茎葉体の発生および成長とともに利用される動態を質量分析装置で解析する実験系の構築に着手した。ここではまず、安定同位体標識アルギニンをヒメツリガネゴケ組織に処理する方法を検討するとともに、処理する濃度および時間の組み合わせを最適化することを試みた。そして、安定同位体標識アルギニンを添加した培地の上にセロハンを敷き、その上で培養したヒメツリガネゴケにおいて、安定同位体標識アルギニンだけでなく、アルギニン代謝に関連するアグマチン、シトルリン、オルニチンにも安定同位体を含むものを検出する実験系を確立することができた。次に、安定同位体標識アルギニンを処理した後に時系列に沿って原糸体や茎葉体を採集し、茎葉体で特徴的に見られるアルギニン代謝の動態を同定するための実験に取り組んだ。そうしたところ、アグマチン、シトルリン、オルニチンの3方向へ代謝されうるアルギニンが、茎葉体では特徴的な方向へ偏って代謝されていることが分かってきた。このような、アルギニン代謝の発生および成長に応じた特徴的な変化はこれまで知られていないことから、茎葉体におけるアルギニン代謝の役割について考察する重要な知見を得ることができた。

到目前为止，我们发现，在陆地植物进化早期出现的苔藓植物Physcomitrella trifoliata中，精氨酸代谢的变化促进了由茎和叶组成的芽组织（茎叶状体）的发育和生长。因此，本研究的首要任务是确定芽发育和生长过程中被激活或抑制的代谢途径。为此，我们开始构建一个实验系统，将稳定同位素 13C（碳）或 15N（氮）标记的精氨酸掺入 Physcomitrella fasciata 的组织中，并使用以下方法分析芽发育和生长过程中的动力学：质谱仪做到了。在这里，我们首先研究了用稳定同位素标记的精氨酸处理立碗藓组织的方法，并尝试优化处理浓度和时间的组合。将玻璃纸铺在添加有稳定同位素标记的精氨酸的培养基上，在该培养基上培养的立碗藓中，不仅在稳定同位素标记的精氨酸中发现了稳定同位素，而且在胍丁胺、瓜氨酸和鸟氨酸中也发现了稳定同位素，这些物质与稳定同位素标记的精氨酸有关。我们能够建立一个实验系统来检测含有的物质。接下来，用稳定同位素标记的精氨酸处理后，我们按时间顺序收集原丝体和芽体，并进行实验以确定芽体中特征性观察到的精氨酸代谢动态。现在已经发现，精氨酸可以在三个方向上代谢：胍丁胺、瓜氨酸和鸟氨酸，在芽中以特征方向代谢。由于精氨酸代谢响应发育和生长的这种特征性变化迄今为止尚不清楚，因此我们能够获得关于精氨酸代谢在芽中的作用的重要发现。