植物細胞の分化転換における細胞壁タンパク質の網羅的解析

細胞壁が二次細胞壁肥厚やリグニン化によって特殊化した管状要素(道管・仮道管構成細胞)へ分化転換過程では、形態形成に先立って細胞壁組成が大きく変化し、後の形態形成に備える仕組みが存在すると予想されているが、この過程における細胞壁成分の変化に関する研究は未だ少ない。そこで本研究では、この管状要素分化において細胞壁に蓄積されるタンパク質の変化を網羅的に把握することを通して植物細胞分化の分子機構に迫ることを目的とした。このために「細胞壁タンパク質を抗原としたファージモノクローナル抗体ライブラリーの作成」と「大量ESTの作出およびマイクロアレイを用いた網羅的発現解析」を計画したが、後者により多数の細胞壁局在性タンパク質の同定が可能であることがわかった。そこで本年度は後者の研究を優先させた。まず、これまでに作出した約9000のESTに加えて、更に約9000のESTを作出した。さらに、これらを用いたカスタムマイクロアレイを調製し、管状要素分化過程での網羅的遺伝子発現解析を行い、管状要素の形態形成に先立ってペクチン分解系の細胞壁局在性酵素が多数発現すること、管状要素の二次細胞壁形成時期に特異的にセルロース合成酵素、キシラナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、ポリガラクツロナーゼが発現することを明らかにした。さらに、in situハイブリダイゼーションおよびプロモーター-レポーター(YFPまたはCFP)解析を行うことで、これら細胞壁局在性タンパク質をコードする遺伝子群の多くが管状要素特異的に発現することを明らかにした。

細胞壁が二次細胞壁肥厚やリグニン化によって特殊化した管状要素(道管・仮道管構成細胞)へ分化転換過程では、形態形成に先立って細胞壁組成が大きく変化し、後の形態形成に備える仕組みが存在すると予想されているが、この過程における細胞壁成分の変化に関する研究は未だ少ない。そこで本研究では、この管状要素分化において細胞壁に蓄積されるタンパク質の変化を網羅的に把握することを通して植物細胞分化の分子機構に迫ることを目的とした。このために「細胞壁タンパク質を抗原としたファージモノクローナル抗体ライブラリーの作成」と「大量ESTの作出およびマイクロアレイを用いた網羅的発現解析」を計画したが、後者により多数の細胞壁局在性タンパク質の同定が可能であることがわかった。そこで本年度は後者の研究を優先させた。まず、これまでに作出した約9000のESTに加えて、更に約9000のESTを作出した。さらに、これらを用いたカスタムマイクロアレイを調製し、管状要素分化過程での網羅的遺伝子発現解析を行い、管状要素の形態形成に先立ってペクチン分解系の細胞壁局在性酵素が多数発現すること、管状要素の二次細胞壁形成時期に特異的にセルロース合成酵素、キシラナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、ポリガラクツロナーゼが発現することを明らかにした。さらに、in situハイブリダイゼーションおよびプロモーター-レポーター(YFPまたはCFP)解析を行うことで、これら細胞壁局在性タンパク質をコードする遺伝子群の多くが管状要素特異的に発現することを明らかにした。