Harnessing synthetic chemistry to elucidate novel mechanisms of stomatal patterning

本申請研究は、植物発生学、有機合成化学、分析化学の専門家の綿密なコラボレーションを通して、化学の力で気孔の数と分布を制御する未知のメカニズムに斬り込むとともに、化合物による有用植物のバイオマス促進に繋がるものである。本年度は、気孔の数を増やす化合物kC9とChatty、気孔幹細胞であるメリステモイド細胞の発生停止を引き起こすAYSJ929(Stomatazoline)に関する生理機能解析と標的候補因子の探索を主に継続した。(1) Stomatazoline - 気孔の発生に関わる様々な突然変異体に対する生理作用の詳細な解析から、Stomatazolineはメリステモイド細胞から孔辺母細胞への分化を指令するMUTEの活性を阻害することが示唆された。Stomatazolineは、気孔系譜の指令因子であるｂHLHタンパク質のC末端に存在するACTL領域に結合すること、それにより、MUTEーSCREAMヘテロ二量体形成が阻害されることが明らかになった。(2) kC9 - kC9の気孔のパターン形成に対する効果は、免疫シグナル伝達を活性化させることにより無効化する。そのため、kC9は気孔形成と免疫シグナル伝達経路に共通する因子に対して作用すると考え、両経路の共通因子であるMAPキナーゼに着目した。その結果、ｋC９はMPK6に結合すること、一過的にin vivoにおけるMAPK活性を阻害することがわかった。(3) Chatty -アフィニティー担体を用いたプロテオミクスの結果、一連のステロイドホルモン合成酵素が標的因子候補とし同定された。実際に、Chattyを添加した暗所植物芽生えは、ブラシノステロイド欠損変異体と同様の光形態形成反応を示していた。これらの結果をもとにChattyの作用と、気孔形成とブラシノステロイドの作用に関して、既存ドグマと異なる知見を得た。

本申請研究は、植物発生学、有機合成化学、分析化学の専門家の綿密なコラボレーションを通して、化学の力で気孔の数と分布を制御する未知のメカニズムに斬り込むとともに、化合物による有用植物のバイオマス促進に繋がるものである。本年度は、気孔の数を増やす化合物kC9とChatty、気孔幹細胞であるメリステモイド細胞の発生停止を引き起こすAYSJ929(Stomatazoline)に関する生理機能解析と標的候補因子の探索を主に継続した。(1) Stomatazoline - 気孔の発生に関わる様々な突然変異体に対する生理作用の詳細な解析から、Stomatazolineはメリステモイド細胞から孔辺母細胞への分化を指令するMUTEの活性を阻害することが示唆された。Stomatazolineは、気孔系譜の指令因子であるｂHLHタンパク質のC末端に存在するACTL領域に結合すること、それにより、MUTEーSCREAMヘテロ二量体形成が阻害されることが明らかになった。(2) kC9 - kC9の気孔のパターン形成に対する効果は、免疫シグナル伝達を活性化させることにより無効化する。そのため、kC9は気孔形成と免疫シグナル伝達経路に共通する因子に対して作用すると考え、両経路の共通因子であるMAPキナーゼに着目した。その結果、ｋC９はMPK6に結合すること、一過的にin vivoにおけるMAPK活性を阻害することがわかった。(3) Chatty -アフィニティー担体を用いたプロテオミクスの結果、一連のステロイドホルモン合成酵素が標的因子候補とし同定された。実際に、Chattyを添加した暗所植物芽生えは、ブラシノステロイド欠損変異体と同様の光形態形成反応を示していた。これらの結果をもとにChattyの作用と、気孔形成とブラシノステロイドの作用に関して、既存ドグマと異なる知見を得た。