植物の非膜オルガネラを消失させる因子の大規模探索

点击翻译按钮获取中文摘要

葉緑体内に発達するピレノイドは、地球上の炭素固定の約3割を担い、生物相の一次生産を根幹から支えるオルガネラである。ピレノイドを陸上植物に導入し、光合成を改良することで作物の生産性向上につなげようとする研究が進められているが、液-液相分離(以下、相分離)する性質を持つピレノイドそのものの理解が十分ではないため成功していない。本研究の最終的な目標は、ピレノイドをモデルとした相分離オルガネラの消失に関わる因子を同定することである。これは、植物が陸上化に伴ってなぜピレノイドを消失していったのかという植物科学の大きな謎を明らかにするだけでなく、食糧問題の解決に向けた植物バイオマス生産の増大という喫緊の課題からも重要である。2022年度の研究では、2021年度から進めている細胞分裂時にピレノイドの消失が異常になった変異株のスクリーニングをさらに大規模に進め、相分離オルガネラの消失に関わる因子を同定の土台となる変異株を複数単離することを目的とした。具体的には、ピレノイドのマーカーとして利用されるルビスコの小サブユニットRbcS1とVenusの融合タンパク質を発現する株に対して、ハイグロマイシン耐性カセットの形質転換によるランダム変異導入を行い、約15,000株のスクリーニングを行った。ピレノイドの消失が異常になった変異株の表現型として、ピレノイドが細胞分裂時に消失しないことで、1)野生株よりも大きくなる、2)野生株よりも数が増える、3)葉緑体 内の形成位置が異なる、ことが予測されるが、ピレノイドの数と位置に異常がある変異株を５株単離することに成功した。また、次世代シーケンサーを用いたゲノムリシーケンシングによりハイグロマイシンカセットの挿入部位配列の同定を進めた。いくつかの変異株については、光合成に関する生理学的な表現型解析を進め、ピレノイドの数を規定する生理学的意義が見えてきた。