青色光応答のシグナル伝達機構の分子遺伝学的解析

• Project/Area Number: 13139201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 長谷 あきら 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (40183082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 望月 伸悦 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (60280939) ; 鈴木 友美 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10362435)
• Project Period (FY): 2001 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥59,700,000 (Direct Cost: ¥59,700,000); Fiscal Year 2004: ¥12,900,000 (Direct Cost: ¥12,900,000); Fiscal Year 2003: ¥11,800,000 (Direct Cost: ¥11,800,000); Fiscal Year 2002: ¥17,000,000 (Direct Cost: ¥17,000,000); Fiscal Year 2001: ¥18,000,000 (Direct Cost: ¥18,000,000)
• Keywords: 植物性理学 / 環境応答 / シグナル伝達 / 光受容体 / 遺伝学 / 植物生理学 / 光応答 / フォトトロピン / クラミドモナス / シロイヌナズナ / 青白光応答 / 突然変異体 / 遺伝子発現 / 青色光応答

Research Abstract

フォトトロピンによるシグナル伝達の分子機構を明らかにする目的で、以下の研究を行った。まず、フォトトロピンの細胞内分布を明らかにするため、phot2にGFPを融合させ、phot1 phot2を欠損するシロイヌナズナの変異体で、35Sプロモーターを用いて発現させた。この植物でフォトトロピン応答を観察したところ、光屈性、葉緑体運動、気孔開口の全てで回復が認められ、導入したGFP融合タンパク質が生理活性を保持していることが分かった。次に、発現させたphot2-GFPの細胞内分布を蛍光顕微鏡観察により調べた。その結果、すでに報告されているphot1の場合と同様に、暗所では主に細胞膜の周辺で観察された。また興味深いことに、青色光を照射すると、細胞膜周辺の蛍光に加えて、細胞質に顆粒状の構造体が観察された。この顆粒状構造体はゴルジ体と良く似たパターンを示したので、ゴルジ体のマーカーにmRFPを融合させたタンパク質を発現する系統(京大院・西村いくこ教授のグループとの共同研究)と掛け合わせを行い、phot2-GFPが形成する粒がゴルジ体のマーカーと良く一致することを確認した。また、フォトトロピンと結合する因子のスクリーニングをyeast-two hybrid法を用いて行った。その結果、phot1とphot2の両者に結合する因子として、小胞輸送に関わる低分子量Gタンパク質であるARFとの結合が認められた。さらに、フォトトロピンのどのドメインで結合するかをyeast two-hybrid法で調べたところ、ARFとの結合にはフォトトロピンのキナーゼドメインがあれば十分であることが分かった。また、フォトトロピンは、活性型のARFにより強い結合を示した。以上により、フォトトロピンがゴルジ体が関わる小胞輸送に関与している可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Activation of the cytochrome P450 gene, CYP72C1, reduces the levels of active brassinosteroids in vivo. (2005)
  • Author(s): Nakamura, M., T.Satoh, S.-I.Tanaka, N.Mochizuki, T.Yokota, A.Nagatani
  • Journal Title: J.Exp.Bot. 56 Pages: 833-840
• [Journal Article] Phototropin from Chlamydomonas reinhardtii is functional in Arabidopsis thaliana (2005)
  • Author(s): Onodera, A., S.-G.Kong, M.Doi, K.-I.Shimazaki, J.Christie, N.Mohchizuki, A.Nagatani
  • Journal Title: Plant Cell Physiol 46 Pages: 367-374
  • NAID: 10014431258
• [Journal Article] Photoreceptor ubiquitination by COP1 E3 ligase desensitizes phytochrome A signaling. (2004)
  • Author(s): Seo, H.S., E.Watanabe, S.Tokutomi, A.Nagatani, N.-H.Chua
  • Journal Title: Genes Dev 18 Pages: 617-622
• [Journal Article] Functional analysis of a 450-amino acid N-terminal fragment of phytochrome B in Arabidopsis (2004)
  • Author(s): Oka, Y., T.Matsushita, N.Mochizuki, T.Suzuki, S.Tokutomi, A.Nagatani
  • Journal Title: Plat Cell 16 Pages: 2104-2116
• [Journal Article] Cryptochromes and phytochromes synergistically regulate Arabidopsis root greening under blue light (2004)
  • Author(s): Usami, T., N.Mochizuki, M.Kondo, M.Nishimura, A.Nagatani
  • Journal Title: Plant Cell Physiol 45 Pages: 1798-1808
  • NAID: 10014214491
• [Journal Article] 光受容体と光応答 (2004)
  • Author(s): 田中慎一郎, 長谷あきら
  • Journal Title: 植物の環境応答と形態形成のクロストーク(岡宏, 岡田清孝, 篠崎一雄編) Pages: 3-11
• [Journal Article] Light-regulated nuclear localization of phytochromes. (2004)
  • Author(s): Nagatani, A.
  • Journal Title: Curr.Opin.Plant Biol. 7 Pages: 708-711
• [Journal Article] フィトクロムの細胞内シグナル伝達 機構再考 (2004)
  • Author(s): 松下智直, 長谷あきら
  • Journal Title: 蛋白質 核酸 酵素 49(6) Pages: 749-757
  • NAID: 40006170615
• [Journal Article] Dimers of the N-terminal domain of phytochrome B are functional in the nucleus. (2003)
  • Author(s): Matsushita, T., N.Mochizuki, A.Nagatani
  • Journal Title: Nature 424 Pages: 571-574
• [Journal Article] Why green fluorescent fusion proteins have not been observed in the vacuoles of higher plants. (2003)
  • Author(s): Tamura, K, T.Shimada, E.Ono, Y.Tanaka, A Nagatani, S.Higashi, M.Watanabe, M.Nishimura, Hara-Nishimura
  • Journal Title: Plant J. 35 Pages: 545-555
• [Journal Article] Comparative genetic studies on the APRR5 and APRR7 genes belonging to the APRR1/TOC1 quintet implicated in circadian rhythm, control of flowering time, and early photomorphogenesis. (2003)
  • Author(s): Yamamoto, Y., E.Sato, T.Shimizu, N.Nakamich, S.Sato, T.Kato, S.Tabata, A.Nagatani, T.Yamashino, T.Mizuno
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 44 Pages: 1119-1130
  • NAID: 10012535603
• [Journal Article] フィトクロムBはN末端領域から光シグナルを伝達する (2003)
  • Author(s): 松下智直, 長谷あきら
  • Journal Title: 細胞工学 22・9 Pages: 994-995
• [Publications] Matsushita, T., N.Mochizuki, A.Nagatani: "Dimers of the N-terminal domain of phytochrome B are functional in the nucleus."Nature. 424. 571-574 (2003)
• [Publications] Tamura, K, T.Shimada, E.Ono, Y.Tanaka, A.Nagatani, S.Higashi, M.Watanabe, M.Nishimura, T.Hara-Nishimura: "Why green fluorescent fusion proteins have not been observed in the vacuoles of higher plants."Plant J.. 35. 545-555 (2003)
• [Publications] Yamamoto, Y., E.Sato, T.Shimizu, N Nakamich, S.Sato, T.Kato, S.Tabata, A.Nagatani, T.Yamashino, T.Mizuno: "Comparative genetic studies on the APRR5 and APRR7 genes belonging to the APRR1/TOC1 quint implicated in circadian rhythm, control of flowering time, and early photomorphogenesis"Plant Cell Physiol.. 44. 1119-1130 (2003)
• [Publications] 松下智直, 長谷あきら: "フィトクロムBはN末端領域から光シグナルを伝達する"細胞工学. 22・9. 994-995 (2003)
• [Publications] S.-I.Tanaka: "Expression of the AIGH3a gene, an Arabidopsis homologue of the soybean GH3 gene, is regulated by phytochrome B"Plant Cell Physiology. 43. 281-289 (2002)
• [Publications] S.-I.Tanaka: "Phytochrome in cotyledons regulates the expression of genes in the hypocotyl through auxin-dependent and independent pathways"Plant Cell Physiology. 43. 1171-1181 (2002)
• [Publications] M.Kasahara: "Photochemical properties of the FMN-binding domains of the phototropins from Arabidopsis, rice, and Chlamydomonas"Plant Physiology. 129. 762-773 (2002)
• [Publications] S.-I.Tanaka 他: "Expression of the AtGH3a gene, an Arabidopsis homologue of the soybean GH3 gene, is regulated by phytochrome B"Plant Cell Physiol. (発表予定).
• [Publications] M.Kasahara 他: "Photochemical properties of the FMN-binding domains of the phototropins from Arabidopsis, rice, and Chlamydomonas"Plant Physiology. (発表予定).