菌糸ネットワークは地方分権 ?局所刺激に対する地方限定のシグナル応答を解明?

2023年3月10日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情報】

〇大学院農学研究科森林生態学分野　助教　深澤遊
研究室ウェブサイト

【概要】

菌類（カビやキノコ）は、胞子から菌糸と呼ばれる管状の細胞を伸ばして成長し、分岐と菌糸成長を繰り返して、菌糸体と呼ばれる放射状に広がるネットワークを形成します。このネットワークは、水分や栄養を広く行き渡らせるのに適しており、菌類の生存域の拡大、生態系における栄養循環、菌根共生、病原性などにとって重要です。しかしながらこれまで、菌糸ネットワーク内のシグナル伝達を可視化した報告はありませんでした。本研究では、菌糸内のカルシウム濃度変化を蛍光で可視化し、局所的な刺激に応答して菌糸ネットワーク内部でカルシウムシグナルが伝搬する様子を明らかにしました。

菌糸内部でのカルシウムシグナルの伝わる範囲がごく狭いこと、刺激を与えた場所でのみ菌糸の成長に遅れが見られたことから、菌糸ネットワークが局所的な反応をしていることが示されました。また、Ca²⁺受容体を免疫沈降し、質量分析によりその下流の標的を同定しました。局所刺激は、さまざまなシグナル伝達を介して代謝を調節する一方で、菌糸先端の細胞骨格と膜輸送の再編成を通じて、菌糸成長の停止と再開を制御することが示されました。本研究では、脳や神経系のような集中制御系を持たない菌糸ネットワークが、局所的なストレスに応答して、局所限定でカルシウムシグナルが活性化されることにより、地方分権型の応答を示すことを明らかにしました。菌糸ネットワークにおけるシグナル伝達の理解は、菌類が関わる生態学的役割の制御など、バイオテクノロジーへの応用につながると期待されます。

図　(A) 菌糸体に局所刺激を与えた際、カルシウムシグナルは局所的に広がることを示したイメージ図。(B)菌糸体を切断した時のカルシウムシグナル伝播の蛍光画像。(C) 菌糸体を切断した時、菌糸先端付近が切断された場所でのみ、菌糸の成長が遅れる。(D) 培養日数が1, 7, 14日の菌糸体コロニーを切断した際にカルシウムシグナルが伝播する距離。(E) 赤?緑色蛍光で標識されたカルモジュリン(CaM)と微小管。緑色蛍光で標識された3つのカルモジュリン依存性タンパク質リン酸化酵素 (CmkA, CmkB, CmkC）は細胞質に存在する。(F) CaM, CmkA, CmkB, CmkCの標的タンパク質と応答。

詳細（プレスリリース本文）