植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで - 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究 平成22年度~26年度

A01 公募研究:個別刺激応答機

気孔の青色光情報伝達の遺伝学的・生化学的解析

研究代表者 武宮 淳史 九州大学大学院理学研究院・助教 研究代表者ホームページ
連携研究者 島崎 研一郎 九州大学大学院理学研究院・教授

研究概要

 表皮に存在する気孔は、植物を取り巻く環境変化に応じてその開度を変化させ、光合成に必要な二酸化炭素の取り込みや蒸散を介した水の損失など植物と大気間のガス交換を司る植物の生存に必須の構造である。気孔が多様な環境変化に応じて開閉し得るのは、気孔を構成する孔辺細胞が多くの刺激を感知・統合し柔軟に応答する能力を備えているためであり、孔辺細胞は植物細胞の中で環境感覚を最も発達させた細胞の一つといえる。本研究の目的は、孔辺細胞を用いて青色光に応答する気孔開口の情報伝達機構を解明し、光に対する植物の環境感覚の分子機構を提示することである。  
 青色光による気孔の開口は、青色光受容体フォトトロピンによる光の受容と変換、情報の伝達、効果器としての細胞膜H+-ATPaseの活性化等の一連の過程を経て誘導される。我々はこれまでにフォトトロピンと細胞膜H+-ATPaseを繋ぐ情報伝達にプロテインホスファターゼ1(PP1)が正の制御因子として機能することを明らかにした。しかしながら、上記の情報伝達については不明な点が多く、青色光情報伝達の全容解明には未同定の情報伝達因子の同定とその機能解析が不可欠である。  
 本研究では、葉面温度を指標として青色光特異的な気孔開口に異常のあるシロイヌナズナ突然変異体を単離し、その原因遺伝子の機能を明らかにすることを第一の課題とする。また、孔辺細胞プロトプラストを用いて青色光によりリン酸化レベルが変動するタンパク質を同定し、フォトトロピンやPP1の基質タンパク質の実体を明らかにすることを第二の課題とする。これら原理の異なる2つの手法を用い、新奇情報伝達因子の網羅的な同定を目指す。

図:概略図

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