花粉管を誘引する際の鍵と鍵穴を解明！～植物の受精において重要な花粉管誘引物質と受容体の結合時の構造が明らかに～

花粉管を誘引する際の鍵と鍵穴を解明！

～ _{植物の受精} いて重要 花粉管誘引物質と

受容体の結合時の構造 明ら _～

古屋大学 ン 生 分子研究所 _ITbM 点長：伊丹 健一郎 東 山 哲也教授 副 点長 大学院理学研究科 長江 拓也大学院生 武内 秀憲 特任助教

ン 研究所 日本学術振興会海外特別研究員 研究

中国 精華大学 _{Jijie Chai}教授 共 研究 花粉管誘引 あ

花粉管 存在 容体 あ _PRK6 ン 質 結合 状態 共結晶構造

解析 初 成功 こ 容体 鍵 鍵穴 合う う 正確

結合 組 明

精細胞 運ぶ花粉管 迷わ 卵 着 起こ 花粉管 誘引 植物 精

い 要 過程 回 発見 種 植物間 正確 働 組

解明や こ 難 異種間 交雑 用品種作出 応用 期待

こ 研究成果 成_{29 11 6}日付 日本時間 英国科学雑 Nature Communications^電 子版 掲載さ

ン

■ 花粉管誘引 あ 花粉管 存在 _PRK6 ン 質 結合 組 解明

■ 対 _PRK6 真 容体 あ こ 証明さ

■ _PRK6 結合 び花粉管誘引 要 酸 明

研究背 内容

被子植物 精 花粉 伸び 花粉管 正確 卵 あ 場所 到 こ 精 起こ 花粉管 花粉管 ン 誘引 多段階 伸長方向制御

こ 迷わ 卵 到 特 最終段階 い 卵 ₂ あ 助細胞

いう特 細胞 分泌さ 誘引物質 分泌さ 種 花粉管 正確 誘 引さ Higashiyama et al., 2001, Science; Okuda, Tsutsui et al., 2009, Nature ^{植物 あ}

い 発見さ Takeuchi and Higashiyama, 2012, PLoS Biology

LURE1 ^{対 容体} 2 ^研究 MDIS-MIK^注1) Wang

et al., 2016, Nature) PRK6^注2 Takeuchi and Higashiyama, 2016, Nature) ^{いう 異 ン}

質 報告さ い 容体 結合 分子 ン 言い ン 容体 関

鍵 鍵穴 え こ ン 容体 う 結合

こ 明 あ

1^{．雌しべ 中 ルアーに っ 誘引さ 花粉管}

新学術領域研究 植物新種誕生原理 ーム ージ 改変 うえ転載

本研究 う 容体 結合 解明 _X線結晶構造解析 着

目 昆虫 養細胞系 用い _LURE1.2 や 容体

ン 質 細胞外領域 結合 ン 質 調 結果

PRK6 ^{特異的 結合 こ 示さ} PRK PRK3 PRK4

PRK5^{や 報告さ い} MIK1 MIK2 ^{ン 質 結合}

2^．ルアー (AtLURE1.2) ^受容体PRK6 (AtPRK6) ^{共結晶構造}

右 ルアー表面 電荷 示し い ₍青 正 電荷₎

今回 論文 (Zhang, Liu, Nagae et al., 2017, Nature Communications) ^転載

こ 次 _PRK6 結合 状態 結晶構造 わ 共結晶構造 _X線結晶構 造解析 手法 明 こ 目指 結果 初 共結晶構造 解 こ 成功

図₂ 解析 結果 _PRK6 ン ッ 酸配列 領域 膜貫通領域

注₃

いう細胞膜 貫通 領域 間 込 う 結合 い こ

わ 細胞膜 近い部分 _PRK6 結合 い こ こ

結合 い 場所 領域 び 正電荷 _PRK6 領域 負電荷 静

電的 相互作用 要 結合 _PRK6 領域 結合

い い場合 見 い分子内 結合

注₄

いう架橋 _C229-C237 見 こ

わ こ 架橋 領域 安定化 結合 要 あ こ 考え

PRK6 ^{結合 方 ユ 点} 2 ^あ 1 ^{目 結合 場所}

こ 報告さ い 植物 容体 結合 通 ン ッ 部

分 筒状 描 構造 繰 返 い 図₂ 側 領域 起こ ₂ 目 点 ₁

1 PRK6 ^{結合 予想さ い} PRK6 ^士 PRK3 ^複合

体形成 進 見 こ 一般 容体 細胞外領域 ン 分子 結合

複合体 作 こ 細胞 中 伝え 多 見 回観察さ

PRK6 ^{ユ 結合} PRK6 ^{花粉管 伸長方向 正確 ン}

組 反映 い こ わ

3^．ルアー PRK6 ^{結合部位 拡大} a ^{色別に い 部分} b d ^{拡大し い}

今回 論文 (Zhang, Liu, Nagae et al., 2017, Nature Communications) ^転載

PRK6 ^{領域 結合 さ 大 結合 要 酸 見え 図}

3 ^{こ う 結晶構造解析 結合 要 推定さ 酸 酸 変え 結}

合性や花粉管 誘引率 調 図₄ 結果 側 ₈₃番目 ン _R83 いう 酸 _PRK6側 ₂₃₄番目 ン酸 _D234 結合 誘引 要

酸 明

図_{4 PRK6} 結合 び花粉管誘引 要 酸 解析

生型 花粉管 比 結合 要 _PRK6 酸 変異

さ 花粉管 誘引率

部分 置い 花粉管 誘引さ 観測 ₂₀㎛ 回 論文 (Zhang, Liu, Nagae et al., 2017, Nature Communications) ^{改変 うえ転載}

成果 意義

本研究 共結晶構造 解 誘引物質 容体_PRK6 い 古屋大

学 東山哲也教授 研究室 定さ 共結晶構造 明 こ

誘引物質 真 容体 あ 証明さ こ 東山教授 研究室 本研究分 進展

大 貢献 こ 示

容体 _PRK6 卵 あ 方向 花粉管 伸長方向 変え

う 花粉管 伸長方向 精密 ン 未 大 謎 い

PRK6 ^{領域 結合 さ 複合体形成 引 起こさ こ}

花粉管伸長方向制御 組 理解 うえ 極 要 知見 例え

与え _PRK6 側 集 こ 示さ い Takeuchi and Higashiyama, 2016,

Nature ^{領域 結合 こ} PRK6 ^{花粉管 動 変化 可能性 考}

え 後 び_PRK6 分子_{1 1} 動 花粉管表面 観

察 こ 謎 解明 進 期待さ

PRK6 ^{鍵 鍵穴 う 精密 種 証 行う分子 結合}

方 原子 明 こ 鍵 鍵穴 種間 効率 働 異種間 う

働 い理由 明 こ 見込 さ 異種間 効率 働 う

鍵 鍵穴 ン こ こ 難 異種間 交雑 可能 こ 大い 期待 さ 異種間 交雑 誕生 新種植物 世界 大 穀物 ン 多

こ 西洋 木綿 得 ワ 多 用作物 あ

本研究 ンさ 交雑育種 向 非常 要 研究 置付

用語説明

注1) MDIS-MIK^：MALE DISCOVERER (MDIS) MDIS1-INTERACTING RECEPTOR LIKE KINASE (MIK)

LURE1 ^{対 容体} Wang ^報

告さ Wang et al., Nature, 2016

注_{2) PRK6}：POLLEN-SPECIFIC RECEPTOR-LIKE KINASE 6

LURE1 ^{容 必須 容体 武内 び東}

山 報告さ Takeuchi and Higashiyama, Nature, 2016

PRK6 ^属 PRK ^{花粉管 発芽や伸長 要 容体 ゼ}

注₃₎ 膜貫通領域：生体膜 脂質二 層 付着 膜 ン 質 い 脂質二 層 貫通 い 領域 疎水性 酸 多 連

ここ 細胞膜 外側 細胞外領域 内側 ゼ領域

細胞質領域 領域

注 ₄₎ 分子内 結合：₁ ン 質 含 ₂ ン 間 作 架 橋構造

結合 ン _SH 士 架橋 作 こ

S-S^結合

掲載雑 論文 著者 掲載雑 ：Nature Communications

論文 ：Structural basis for receptor recognition of pollen tube attraction peptides 花粉管誘引 対 容体 識 構造的 盤

著者：Xiaoxiao Zhang¹, Weijia Liu¹, Takuya T. Nagae¹, Hidenori Takeuchi, Heqiao Zhang, Zhifu Han², Tetsuya Higashiyama², & Jijie Chai²

1^{：共同第一著者、} 2^{：責任著者} DOI^：10.1038/s41467-017-01323-8

論文公開： 成_{29 11}月₆日