緑色植物における細胞内鉄センサー因子の普遍性と分子進化の解明

鉄は生物にとって必須元素であるが、過剰の鉄は毒性を示すので、生物は鉄の過不足を感知して、鉄の吸収や輸送に関わる遺伝子発現を制御する。植物において細胞内の鉄濃度を感知する鉄センサー分子の有力な候補と考えられているのが、ユビキチンリガーゼHRZである。しかし、HRZは藻類から被子植物まで広く保存されているにも関わらず、イネやシロイヌナズナなど限られた植物における知見しかない。したがって、本研究では、緑藻クラミドモナスおよび苔類ゼニゴケのHRZホモログ (CrHRZおよびMpHRZ) の機能解析と、OsHRZ変異イネへのCrHRZおよびMpHRZ導入による機能相補解析により、緑色植物におけるHRZ依存的な鉄栄養応答制御機構の普遍性と分子進化を解明することを目的に研究を行う。この知見を応用して様々な植物種におけるHRZの機能を制御することで、より鉄欠乏耐性、鉄栄養が増強された作物の分子育種に貢献する。本年度はクラミドモナスおよびゼニゴケそれぞれについて、培養系・分子生物学実験系の立ち上げ、そしてHRZ変異株の作製を試みた。その結果、クラミドモナスについては、CrHRZ変異株が鉄欠乏条件下において、野生株と比較して鉄欠乏に耐性を示すことが明らかとなった。これは被子植物のHRZ変異株と同様の表現型である。このことから、緑藻においてもHRZが被子植物と同じく、鉄欠乏応答に関して負の制御因子である可能性が示唆された。ゼニゴケについては、Cre/loxP と CRISPR/Cas9 を組合せた条件付き遺伝子編集の手法による変異株の作製を進めている。

鉄は生物にとって必須元素であるが、過剰の鉄は毒性を示すので、生物は鉄の過不足を感知して、鉄の吸収や輸送に関わる遺伝子発現を制御する。植物において細胞内の鉄濃度を感知する鉄センサー分子の有力な候補と考えられているのが、ユビキチンリガーゼHRZである。しかし、HRZは藻類から被子植物まで広く保存されているにも関わらず、イネやシロイヌナズナなど限られた植物における知見しかない。したがって、本研究では、緑藻クラミドモナスおよび苔類ゼニゴケのHRZホモログ (CrHRZおよびMpHRZ) の機能解析と、OsHRZ変異イネへのCrHRZおよびMpHRZ導入による機能相補解析により、緑色植物におけるHRZ依存的な鉄栄養応答制御機構の普遍性と分子進化を解明することを目的に研究を行う。この知見を応用して様々な植物種におけるHRZの機能を制御することで、より鉄欠乏耐性、鉄栄養が増強された作物の分子育種に貢献する。本年度はクラミドモナスおよびゼニゴケそれぞれについて、培養系・分子生物学実験系の立ち上げ、そしてHRZ変異株の作製を試みた。その結果、クラミドモナスについては、CrHRZ変異株が鉄欠乏条件下において、野生株と比較して鉄欠乏に耐性を示すことが明らかとなった。これは被子植物のHRZ変異株と同様の表現型である。このことから、緑藻においてもHRZが被子植物と同じく、鉄欠乏応答に関して負の制御因子である可能性が示唆された。ゼニゴケについては、Cre/loxP と CRISPR/Cas9 を組合せた条件付き遺伝子編集の手法による変異株の作製を進めている。