細胞壁の形成を促進する新しい仕組みを発見

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次世代バイオ素材・バイオ燃料の原料供給に光明

2019-01-29 国立遺伝学研究所
A Rho-actin signaling pathway shapes cell wall boundaries in Arabidopsis xylem vessels
Yuki Sugiyama, Yoshinobu Nagashima, Mayumi Wakazaki, Mayuko Sato, Kiminori Toyooka, Hiroo Fukuda, Yoshihisa Oda
Nature Communications 10, Article number: 468 (2019) DOI:10.1038/s41467-019-08396-7
植物の細胞壁は、陸上に存在する最大の生物資源です。木材や綿、紙パルプ等の工業製品の材料に利用されるだけでなく、近年では、セルロースナノファイバーのような次世代バイオ素材やバイオ燃料の原料としても注目されています。
国立遺伝学研究所 小田祥久准教授らの研究グループは、細胞壁が活発につくられる道管に着目することで、「細胞壁の形成」を促進する新しいタンパク質WALとBDR1を世界に先駆けて発見しました。WALタンパク質は、細胞壁成分の輸送を担うアクチン繊維(注1)を集めていることがわかりました。一方、BDR1タンパク質は、WALがアクチン繊維を集める場所を決定していました。つまり、これらのタンパク質がアクチン繊維を「どこに集めるか」を制御することで、細胞壁の形成を制御していることが明らかになったのです。
これらのタンパク質を利用して細胞壁の形成を促進することができれば、細胞壁の生産量の多い植物の開発に繋がると期待されます。
本研究は、東京大学大学院理学系研究科、理化学研究所 環境資源科学研究センターとの共同研究として行われました。

図:道管を構成する細胞は、「壁孔」を伴った細胞壁を形成する。壁孔の縁は特に細胞壁の形成が活発におこり、アーチ状の細胞壁が形成される(上)。
今回、壁孔の縁ではたらくタンパク質WALとBDR1を同定した。これらのタンパク質はROPタンパク質とアクチン繊維を仲介して細胞壁の形成を制御する全く新しい仕組みであることが判明した(下)。

プレスリリース資料
細胞壁の形成を促進する新しい仕組みを発見
〜次世代バイオ素材・バイオ燃料の原料供給に光明〜

■ 概要
植物の細胞壁は䛿、陸上に存在する最大の生物資源です。木材や綿、紙パルプ等の工業製品の材料に利用 されるだけでなく、近年では、セルロースナノファイバーのような次世代バイオ素材やバイオ燃料の原料として も注目されています。
国立遺伝学研究所 小田祥久准教授らの研究グループは、細胞壁が活発につくられる道管に着目すること で、「細胞壁䛾形成」を促進する新しいタンパク質 WAL と BD㻾1 を世界に先駆けて発見しました。WAL タンパク 質䛿、細胞壁成分の輸送を担うアクチン繊維(注1) を集めていることがわかりました。一方、BDR1 タンパク質は、 WAL がアクチン繊維を集める場所を決定していました。つまり、これらのタンパク質がアクチン繊維を「どこに集 めるか」を制御することで、細胞壁の形成を制御していることが明らかになった䛾です。
これら䛾タンパク質を利用して細胞壁の形成を促進することができれば、細胞壁の生産量の多い植物の開 発に繋がると期待されます。
本研究は、東京大学大学院理学系研究科、理化学研究所 環境資源科学研究センターと䛾共同研究として 行われました。


図: 道管を構成する細胞䛿、「壁孔」を伴った細 胞壁を形成する。壁孔の縁は特に細胞壁䛾形 成が活発におこり、アーチ状䛾細胞壁が形成さ れる(上)。 今回、壁孔の縁で䛿たらくタンパク質 WAL と BDR1 を同定した。これらのタンパク質はROP タ ンパク質とアクチン繊維を仲介して細胞壁の形 成を制御する全く新しい仕組みであることが判 明した(下)。

■ 成果掲載誌

本研究成果は、英国オンライン科学誌『Nature Communications』に 2019 年 1 月 28 日午後 7 時(日本標準 時)に掲載されます。
論文タイトル:A  Rho-actin signaling pathway shapes cell wall boundaries in Arabidopsis xylem vessels
(アクチンを制御する Rho シグナルが細胞壁の縁構造を作り出す)
著者:Yuki 㻿ugiyama, Yoshinobu Nagashima, Mayumi Wakazaki, Mayuko 㻿ato, Kiminori 㼀oyooka, Hiroo Fukuda, Yoshihisa Oda
(杉山友希、長島慶宜、若崎眞由美、佐藤繭子、豊岡公徳、福田裕穂、小田祥久)

■ 研究の詳細

●研究の背景
植物の細胞壁は陸上に最も豊富に存在する生物資源です。紙パルプや綿、材木といった多くの工業製品 が、植物の細胞壁もしくはその成分でつくられており、植物の細胞壁は私達の生活に欠かせない資源です。近 年では化石燃料に代わるバイオ燃料や次世代素材であるセルロースナノファイバーの供給源としても着目され ています。細胞壁の成分は、セルロースやヘミセルロース、ペクチンといった多糖類が蓄積したものであり、こ れらの成分が細胞膜表面に沈着してゆくことで細胞壁がつくられます。細胞壁が形成される量や位置は、植物 細胞の中で精密に制御されていますが、その仕組みは未だに解明されていません。
● 本研究の成果
細胞壁の形成を制御する遺伝子を探すために、小田准教授ら䛾研究グループの道管の細胞に着目しまし た。道管を構成する細胞の細胞内を空洞にすることにより、水を通す管として働きます。道管の細胞の厚く丈夫な細胞壁を形成しますが、そ䛾細胞壁には「壁孔」と呼ばれる微小な水の通り道をつくります。壁孔の周辺ではとりわけ細胞壁が分厚く形成し、特徴的なアーチ型の細胞壁が形成されます(図1)。

図1: 道管を構成する細胞䛿壁孔を伴った細胞壁を形成する。壁孔の縁は特に細胞壁の䛾形成 が活発におこり、アーチ状の細胞壁が形成され る。

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