植物の細胞壁、細胞表層には非常に重要な分子が多数局在し機能している。以前はそれらの分子が示す酵素活性（多糖類の分解、つなぎ替え）や、細胞壁の力学的な性質を変化させる活性（エクスパンシン、イールディン）を指標にして、新規の因子が見いだされてきた。もちろんそのような研究は非常に重要で現在も盛んに行われている。
さらに最近は興味深い変異体を分子遺伝学的に分析することによって、今まで見いだせなかった細胞壁局在因子が発見されることも多くなった。ゲノムデータベースから細胞壁、細胞表層に局在していることが予想される遺伝子産物を拾い出し、その機能が阻害されているタグラインを入手してフェノタイプを調べるという研究も盛んに行われている。問題点として、細胞表層因子は多数のメンバーを持つ遺伝子ファミリーにコードされていることが多く変異形質が出にくいことがある。転写因子における CRES-T 法のような優れた方法を細胞壁、細胞表層因子に関しても開発できなければならない。
プロテインキナーゼの場合、「ドメイン入れ替え法」による研究手法が開発され、成果が上げられている。キナーゼの基質特異性を変化させることができる。
http://home.hiroshima-u.ac.jp/bio/PMOLPHYS/takahashi.htm 広島大学理学研究科 高橋教授のグループの研究紹介
「ジンクフィンガーヌクレアーゼ」を用い、遺伝子を不活性化する方法が開発されている。複数の相同性が高い遺伝子を同時に不活性化できる可能性がある。
BMB2010 での発表 人工酵素ジンクフィンガーヌクレアーゼを利用したウニ胚における遺伝子操作 Genetic manipulation in sea urchin embryo using zinc finger nucleases ○落合 博1,2，鈴木 賢一3，藤田 和将1，日高 大佑1，佐久間 哲史1，西川 正俊1,4，柴田 達夫1,4,5，坂本 尚昭1，山本 卓1 1広大・院理・数理分子，2日本学術振興会特別研究員，3愛媛大・沿岸環境科学研究センター，4JST, CREST，5PRESTO, JST
リストに GPI-anchored protein が多いのが注目される。 GPI アンカー生合成遺伝子の重要性も示された。
横尾 岳彦（産総研・糖鎖センター）博士が書かれた解説に以下のような文章があった。 http://yeast.ac.affrc.go.jp/Yoko-o.htm
（酵母で）GPI へのアシル基転移酵素をコードする遺伝子 GWT1 の機能解析を行っている際、 この遺伝子の変異株において、トリプトファン輸送体 Tat2p およびウラシル輸送体 Fur4p の局在が異常になっていることを見出した。局在異常の原因は、GPI 合成が異 常になる と、これらがマイクロドメインに取り込まれないためであった。このことより、特定の膜タンパク質のマイクロドメインを介した輸送や局在化に、GPI アンカー型 タンパク質が重要な役割を果たしていることがわかった。
例えば、セルロース合成酵素複合体のような膜タンパク質の輸送や局在化にも GPI アンカー型タンパク質やマイクロドメインが重要な役割を果たしている可能性がある。実際に cobra 変異体等が見つかっている。植物細胞のマイクロドメインを、生きたまま観察できる方法（マイクロドメインと共局在するマーカータンパク質、マーカー脂質を使う？）を開発することが必要になる。
「マイクロドメイン形成を阻害する化合物」をスクリーニングする、見つけようとするのはよい考えかもしれない。どうやってスクリーニングするかは、考えなければならない。例えば、横尾先生が既に行われているように、Tat2p のようなマイクロドメインと共局在するマーカータンパク質を可視化できるようにした酵母や植物細胞を作る。それらに化合物ライブラリを与えていき局在が異常になる活性を持つ化合物を選択する。誰でも考えそうなことである。しかし実際にうまくいくかどうかはわからない。
と思ったが、すでにそれに近いことがエーザイ株式会社によって行われ新規化合物が見いだされているそうである。 http://blog.goo.ne.jp/riibs/e/e38601562f9d1e9de9d04d7fe31ff9b9 「バイオの故里から」というホームページで紹介されている。
病原菌に対する応答に関わる変異体から細胞表層因子が見つかる例が最近多い。
細胞表層は、病原菌との相互作用を研究する上で注目されている。
「植物表層における病原糸状菌の分子パターン認識機構とシグナルネットワークの解明」（平成２１年度〜２３年度） 科研基盤研究（B) というすばらしい研究が、京都府立大学植物病理学研究室、久保先生によって行われている。http://ykubo.blog.eonet.jp/default/ で紹介されている。
トマト変異体を用いた研究もある。 Abscisic acid deficiency causes changes in cuticle permeability and pectin composition that influence tomato resistance to Botrytis cinerea. urvers K, Seifi H, Mouille G, de Rycke R, Asselbergh B, Van Hecke A, Vanderschaeghe D, Höfte H, Callewaert N, Van Breusegem F, Höfte M. Plant Physiol. 2010 Oct;154(2):847-60. Epub 2010 Aug 13. PMID: 20709830
植物の免疫システムをかいくぐるカビの“ステルス作戦”を発見：農業生物資源研究所のすばらしい成果 http://www.tsukuba-sci.com/index.php?mode=kijiid&id=1729 「つくばサイエンスニュース」で紹介されている。カビの細胞表層を構成する分子を植物細胞が認識することで防御応答が開始される。イネいもち病菌は、細胞表層をα-1,3-グルカンで覆うことにより、植物に認識されることを防いでいる。それを「ステルス作戦」と呼んでいる。 Takashi Fujikawa, Yukari Kuga, Shigekazu Yano, Akira Yoshimi, Takashi Tachiki, Keietsu Abe, Marie Nishimura Dynamics of cell wall components of Magnaporthe grisea during infectious structure development (p 553-570) Published Online: Jul 7 2009 10:51PM DOI:10.1111/j.1365-2958.2009.06786.x
窒素多施イネの細胞壁物質生成といもち病抵抗力 The Effect of Ample Nitrogen Fertilizer on Cell-Wall Materials and its Significance to Rice Blast Disease 松山 宣明博士の成果 http://ci.nii.ac.jp/naid/110002746032
ポリアミンが細胞表層で酸化され H2O2 を生成することが病原菌抵抗性に関与するという論文もあった。 Yoda, H., Yamaguchi, Y., Sano, H. (2003). Induction of hypersensitive cell death by hydrogen peroxide produced through polyamine degradation in tobacco plants Plant Physiol. 132: 1973-1981.
リスト（作成中）セルロース合成関連の変異体は、別にまとめてあるので除く。
二次壁の合成に関わる変異
References
Isolation of a novel cell wall architecture mutant of rice with defective Arabidopsis COBL4 ortholog BC1 required for regulated deposition of secondary cell wall components. Sato K, Suzuki R, Nishikubo N, Takenouchi S, Ito S, Nakano Y, Nakaba S, Sano Y, Funada R, Kajita S, Kitano H, Katayama Y. Planta. 2010 Jun;232(1):257-70. Epub 2010 Apr 28. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20424856
二次壁の合成に関わる変異
References
Rice BRITTLE CULM 3 (BC3) encodes a classical dynamin OsDRP2B essential for proper secondary cell wall synthesis. Hirano K, Kotake T, Kamihara K, Tsuna K, Aohara T, Kaneko Y, Takatsuji H, Tsumuraya Y, Kawasaki S. Planta. 2010 Jun;232(1):95-108. Epub 2010 Apr 6. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20369251
Metabolomic approaches reveal that cell wall modifications play a major role in ethylene-mediated resistance against Botrytis cinerea. Lloyd AJ, William Allwood J, Winder CL, Dunn WB, Heald JK, Cristescu SM, Sivakumaran A, Harren FJ, Mulema J, Denby K, Goodacre R, Smith AR, Mur LA. Plant J. 2011 May 16. doi: 10.1111/j.1365-313X.2011.04639.x. [Epub ahead of print] PMID: 21575089
The growth of the root hair of this mutant was hindered due to a rapture at the tip
Glycerophosphoryl diester phosphodiesterase (GDE) は微生物、動物にも存在している。ホスファチジルコリンなどのグリセロリン脂質を分解する反応を触媒する。この酵素に関して、わかりやすくまとめられた解説が化学と生物に掲載された。
「膜由来の新しいシグナル伝達物質グリセロホスホジエステルの生理的な役割」 化学と生物(日本農芸化学会会誌）2010年12月 812ページ 矢中、本田両博士による解説 動物では細胞内酵素として働いている。分解産物のグリセロホスホジエステルに浸透圧調節やシグナル伝達の働きがある。SHV3 は細胞外因子らしいので、動物での話とは異なる。
分解産物のグリセロホスホジエステルが細胞外から浸透圧調節のために働くのなら話は変わってくる。shv3 変異体は根毛の先が自発的に破壊されるそうなので、浸透圧調整がうまくいっていないのかもしれない。根毛は少しの乾燥でダメになってしまう。根毛を浸透圧的に安定にするために細胞壁を厚くするのは不経済である。そのかわりにリン脂質から生成するグリセロホスホジエステルを浸透圧調整に使っているのかもしれない。根毛以外の組織でも細胞表面(細胞壁の内側)の浸透圧調整に働いているかもしれない。
微生物ではグリセロリン脂質の分解、再利用のために働いている。GDE は RHM6 という遺伝子としても見いだされている。
RHM1-RHM6 Root-hair morphogenesis transcriptome （WTとrhd2-1を比べた）で発現が変化していた遺伝子群について、159のタグラインを入手した。その中で6つは根毛形成に変化があった。RHD2 は RBOH NADPH oxidase として細胞膜における活性酸素生成、カルシウムシグナルに関して非常に重要である。Glycerophosphoryl diester phosphodiesterase-like GPI-anchored protein；COBL9 GPI-anchored protein At4g26690、At5g49270
References
The glycerophosphoryl diester phosphodiesterase-like proteins SHV3 and its homologs play important roles in cell wall organization. , Plant Cell Physiol. (2008) , Hayashi S、et al.
Analysis of the root-hair morphogenesis transcriptome reveals the molecular identity of six genes with roles in root-hair development in Arabidopsis. Plant J. 2006 Jan;45(1):83-100. Jones MA、 Raymond MJ、 Smirnoff N.
2012年に、Glucan-interacting protein でセルロース合成に関与していることが明らかにされた。
References
CHITINASE-LIKE1/POM-POM1 and Its Homolog CTL2 Are Glucan-Interacting Proteins Important for Cellulose Biosynthesis in Arabidopsis. Sanchez-Rodriguez C, Bauer S, Hematy K, Saxe F, Ibanez AB, Vodermaier V, Konlechner C, Sampathkumar A, Ruggeberg M, Aichinger E, Neumetzler L, Burgert I, Somerville C, Hauser MT, Persson S. Plant Cell. 2012 Feb 10. PMID: 22327741
Dissecting the role of CTL1 in nitrate-dependent changes in root architecture. Hermans C, Porco S, Vandenbussche F, Sascha G, De Pessemier J, Van Der Straeten D, Verbruggen N, Bush DR. Plant Physiol. 2011 Sep 23. [Epub ahead of print] PMID: 21949212 ABA 感受性が上がると書かれている。
Arabidopsis hot2 encodes an endochitinase-like protein that is essential for tolerance to heat, salt and drought stresses. Kwon Y, Kim SH, Jung MS, Kim MS, Oh JE, Ju HW, Kim KI, Vierling E, Lee H, Hong SW. Plant J. 2007 Jan;49(2):184-93. Epub 2006 Dec 6. PMID: 17156413
Mutation of a chitinase-like gene causes ectopic deposition of lignin、 aberrant cell shapes、 and overproduction of ethylene. Zhong R、 Kays SJ、 Schroeder BP、 Ye ZH. Plant Cell. 2002 Jan;14(1):165-79
Chitinase-like protein CTL1 plays a role in altering root system architecture in response to multiple environmental conditions. Hermans C、 Porco S、 Verbruggen N、 Bush DR. Plant Physiol. (2009)
The mutation lies in a gene with homology to pectate lyases and although we have not yet been able to show pectate lyase activity、 the analysis of the cell wall composition has identified alterations that point to such a function for PMR6. Powdery mildew resistant; it provides a link between the cell wall and pathogen resistance. 2005 Arabidopsis meeting Abstract 576
A common plant cell wall protein HyPRP1 has dual roles as a positive regulator of cell death and a negative regulator of basal defense against pathogen.
Salt overly-sensitive 5 （なぜ塩ストレスに弱くなるのかは、わかっていない。細胞壁の構築が塩で阻害されやすくなる？ ペクチンとカルシウムの結合は Na+ イオンで阻害される 潜在的に細胞壁構築は塩の影響を受けているが野生型ではSOS5などの因子によってリカバーされているのかもしれない） , GPI-anchored protein Four repeated domains in the Fasciclin family of proteins , AT3G46550
A common plant cell-wall protein HyPRP1?has dual roles as a positive regulator of cell death and a negative regulator of basal defense against pathogens (pages 755?768) Seon-In Yeom, Eunyoung Seo, Sang-Keun Oh, Ki Woo Kim and Doil Choi Article first published online: 23 NOV 2011 | DOI: 10.1111/j.1365-313X.2011.04828.x
Glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins are required for cell wall synthesis and morphogenesis in Arabidopsis. Plant Cell. 2005 Apr;17(4):1128-40. Epub 2005 Mar 16. Gillmor CS 、 Lukowitz W 、Brininstool G 、Sedbrook JC 、Hamann T 、Poindexter P 、Somerville C.
Radially swollen embryo mutants: pnt1 cell walls showed decreased crystalline cellulose 、increased pectins. Homolog of mammalian PIG-M 、an endoplasmic reticulum-localized mannosyltransferase that is required for synthesis of GPI anchor. AT5G22130
| 名前 | どんな形質で見つかったか | 変異（タグされた）遺伝子 | AGI number | Note1 | Note2 | Note3 |
| イネ科作物特異的タンパク質P23k | イネ科作物特異的に存在する、イネ科作物特異的なヘミセルロースであるβ-グルカンの合成機構に関与するタンパク質 ， | http://iulwww.lib.iwate-u.ac.jp/ronbun/2007/ut07a413.html 及川博士の学位論文 | ||||
| GH2 | リグニン合成酵素 | 84. 大川泰一郎・田中里美・加藤浩・平沢正リグニン合成酵素欠損突然変異体gh2におけるリグニン密度の減少が倒伏抵抗性に及ぼす影響 日本作物学会講演会 平成20年3月27日． | ||||
| rsw6 | Radially swollen root tip | Plant Cell Physiol. 2006 Jul;47(7):949-58. Epub 2006 Jun 7. &br() Cortical microtubule arrays lose uniform alignment between cells and are oryzalin resistant in the Arabidopsis mutant、 radially swollen 6. Bannigan A、 Wiedemeier AM、 Williamson RE、 Overall RL、 Baskin TI. | ||||
| pen1 (penetration) | Disabled in non-host penetration resistance against barley powdery mildew 、 Blumeria graminis f. sp. | The genes encode functionally homologous syntaxins 、demonstrating a mechanistic link between non-host resistance and basal penetration resistance （見つかったシンタキシン類似分子は細胞膜に局在し、SNARE-complex を介した細胞表面での（細胞壁成分の？）小胞輸送に関わるらしい） | AT3G11820 | Nature. 2003 Oct 30;425(6961):973-7. SNARE-protein-mediated disease resistance at the plant cell wall. | Collins NC _ Thordal-Christensen H 、 Lipka V 、 Bau S 、 Kombrink E 、 Qiu JL 、 Huckelhoven R 、 Stein M 、 Freialdenhoven A 、 Somerville SC 、 Schulze-Lefert P. | . |
| sku5 | Develops roots that skew away from the typical downward direction of growth on agar surfaces 微小管に関連する変異体では、しばしば葉や茎や根がねじれることが知られている。細胞外因子の変異が skew を引き起こすことは、細胞壁〜細胞膜〜表層微小管の連関の重要性を示している。 | GPI-anchored protein; a member of copper-binding protein | AT4G12420 | Glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins are required for cell wall synthesis and morphogenesis in Arabidopsis. | Sedbrook JC、Carroll KL、 Hung KF、 Masson PH、 Somerville CR. | . |
| clv3 | Stem cell restricting signal | Kinase activator/ receptor binding; ligand for CLV1; | AT2G27250 | . | . | |
| SKS6 | SKU5-Similar （データベースから）タグラインはcotyledon vascular patterning is affected | A member of copper-binding protein | AT1G41830 | . | . | |
| RSH | essential for normal embryo development | hydroxyproline-rich glycoprotein | The cell wall hydroxyproline-rich glycoprotein RSH is essential for normal embryo development in Arabidopsis. 'Plant Cell. 2002 May;14(5):1161-72. | Hall Q、 Cannon MC. | . | |
| REB1/RHD1 | Root epidermal bulger1-1 (reb1-1) mutant (allelic to root hair defective1 [rhd1]) | UDP-D-Glucose 4-epimerases involved in the synthesis of D-Galactose (Gal).（細胞内の酵素だが、細胞壁多糖の合成に必須の働きをしている） | The reb1-1 mutation of Arabidopsis. Effect on the structure and localization of galactose-containing cell wall polysaccharides. | Plant Physiol. 2006 Apr;140(4):1406-17. | Nguema-Ona E、 Andeme-Onzighi C、 Aboughe-Angone S、 Bardor M、 Ishii T、 Lerouge P、 Driouich A. | |
| mum5 | Mucilage modified 5-1 have seed mucilage with aberrant physical properties | A putative pectin methylesterase | 2005 Arabidopsis meeting Abstract 83 | Michelle Facette、 Chris Somerville | ||
| RFO1 | RESISTANCE TO FUSARIUM OXYSPORUM (RFO) | RFO1 is identical to the previously named Arabidopsis gene WAKL22 (WALL-ASSOCIATED KINASE LIKE KINASE 22)、 which encodes a receptor-like kinase that does << not >> contain an extracellular leucine-rich repeat domain. | 2005 Arabidopsis meeting Abstract 533 | Andrew Diener、 Frederick Ausubel | ||
| rat mutants | Resistant to Agrobacterium transformation | Lysine-Rich Arabinogalactan-Protein AtAGP17、 cellulose synthase-like gene | Identification of Arabidopsis rat mutants. Plant Physiol. 2003 Jun;132(2):494-505. | Zhu Y ら | ||
| agp30 | AtAGP30 のタグライン The mutant shows a suppression of the abscisic acid (ABA)-induced delay in germination and altered expression of some ABA-regulated genes. This suggests that AtAGP30 functions in the ABA response. | AtAGP30 is a non-classical AGP core protein from Arabidopsis that is expressed only in roots. | AT2G33790 | AtAGP30、 an arabinogalactan-protein in the cell walls of the primary root、 plays a role in root regeneration and seed germination. | Plant J. 2003 Oct;36(2):256-70. | van Hengel AJ、 Roberts K. |