Characterization of seed size regulation driven by various head groups of sphingolipids aimed for genetic breeding of seed crop plants

旨在种子作物遗传育种的各种鞘脂头基驱动的种子大小调节的表征

• 批准号: 22K05553
• 负责人: 石川 寿樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05553/
• 关键词: スフィンゴ脂質; 糖鎖型; 種子サイズ; ゲノム編集

グリコシルイノシトールホスホセラミド (GIPC) は植物に最も豊富に含まれるスフィンゴ脂質クラスであり、固有かつ多彩な糖鎖型が発達している。本研究では、シロイヌナズナの種子特異的に存在するN型GIPCに着目した。N型GIPCは、第二糖にアミノ糖（グルコサミンまたはN-アセチルグルコサミン）を有しており、GIPC/N-アセチルグルコサミン転移酵素GINT1によって合成される。シロイヌナズナでは、GINT1は栄養組織には発現しておらず、花粉や種子など生殖器官の限られた組織のみで発現している。近年の研究から、GINT1を欠損したシロイヌナズナ変異体では、種子サイズが野生型より大きく肥大していることが見出された。本研究では、種子の肥大成長におけるGIPCの機能を明らかにすることを目的として、種子GIPC糖鎖型を遺伝的に改変したシロイヌナズナ系統の作出および解析を行った。はじめに、種子表現型におけるGIPC糖鎖型に特異的な機能を明らかにするため、H型糖鎖合成酵素であるGMT1の発現改変植物の作出に取り組んだ。GMT1はシロイヌナズナ植物体の全体で発現し、その欠損は自発的な細胞死を伴う重度の生育阻害と不稔をもたらすため、種子におけるH型糖鎖の機能性はこれまで解析すること難しかった。そこで本研究では、種子特異的プロモーターを用いてGMT1を過剰発現またはRNAi抑制するコンストラクトをシロイヌナズナへ導入し、H型GIPCの含量を種子のみで変化させることを試みた。また、GINT1を欠損した変異体の種子表現型を詳しく解析したところ、種子発達の初期段階において萎縮または欠落した種子が多く観察され、最終的な種子生産数が野生型よりも減少することが明らかになった。このことから、N型GIPCは種子の形成初期に何らかの重要な役割を果たしていることが示唆された。

糖基肌醇磷酸酰胺（GIPC）是植物中最丰富的鞘脂类，并且已经开发出一种土著和多样的聚糖类型。在这项研究中，我们专注于N型GIPC，这些GIPC在拟南芥中专门发现。 N型GIPC具有氨基糖（葡萄糖或N-乙酰葡萄糖胺）为继发糖，并由GIPC/N-乙酰葡萄糖转移酶GINT1合成。在拟南芥中，GINT1在植物组织中不表达，而仅在生殖器官（例如花粉和种子）中的有限组织中表达。最近的研究发现，缺乏GINT1的拟南芥突变体比野生型具有更大的种子大小。在这项研究中，我们用遗传变化的种子GIPC糖基化类型创建和分析了拟南芥菌株，以阐明GIPC在种子肥大和生长中的功能。首先，我们致力于创建改变GMT1的表达（一种型H糖基合成酶），以阐明GIPC糖基化类型在种子表型中的特定功能。直到现在，种子中H型聚糖的功能一直很难分析，因为GMT1在整个拟南芥植物中都表现出来，其缺乏导致严重的生长抑制和不育伴随着自发性细胞死亡。因此，在这项研究中，我们引入了过表达GMT1或使用种子特异性启动子抑制RNAi的构建体，并试图通过使用种子特异性启动子来改变H型GIPC的含量。此外，对GINT1缺陷突变体的种子表型的详细分析表明，在种子发育的早期阶段观察到许多萎缩或缺失的种子，并且与野生型相比，最终的种子产量数量减少了。这表明N型GIPC在早期种子形成中起着重要作用。