根毛と膜輸送システムから解く植物の無機イオン吸収と蓄積の機構

• Project/Area Number: 14J02201
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 田中 奈月 名古屋大学, 生命農学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 根毛 / 種子 / 水分屈性 / リン酸欠乏 / 細胞壁 / 植物生理学 / 生化学 / 分子生物学 / 亜鉛輸送体 / 情報変換

Outline of Annual Research Achievements

私は、植物の無機イオンや水の吸収と蓄積の詳細なメカニズムを明らかにするために、膜輸送システムと根毛に注目し、実験の過程で見出した新規タンパク質に焦点をあて、研究を進めている。下記、２項目に分け本年度の実施状況を記述する。
(1) 1年度目に中心的に進めていた新規な無根毛株を用いた実験の過程で、プロテオミクス解析により、リン酸欠乏時の根毛にのみ検出されたタンパク質を見出し、SRPP (Seed and Root-hair Protective Protein)と名付けた。 まず、機能欠失株を入手し、野生株と表現型を比較することにより、SRPPは乾燥などのストレスから根毛や胚、花粉を保護する役割をしているのではないかと推定した。さらに、GFPを融合させたSRPPタンパク質の局在を観察行い、細胞壁に局在していることが分かった。遺伝子欠失株srppの電子顕微鏡での観察により、SRPPは正常な細胞壁の構築に関与していると考えられた。これらの成果を論文として今年度発表した。現在、コムギ胚芽抽出物を用いた無細胞系でSRPPタンパク質を合成・精製し、生化学的特性の解析を進めている。
(2) 当研究室で見出した新規カルシウム結合タンパク質PCaP1は、既知のカルシウム結合ドメインを持たない天然変性領域の多いタンパク質である。PCaP1は植物の全組織に恒常的に発現しているが、機能欠失株pcap1において顕著な表現型は見つかっていなかった。地上部においてはPCaP1が気孔の閉鎖に関与していることを見出し、昨年度に論文発表を行ったが、根における機能は未解明であった。そこで、根の機能に焦点を当てて解析したところ、pcap1では水分屈性に異常を示すことを見出した。pcap1の重力屈性は正常であることから、PCaP1は根の屈曲ではなく、水分屈性に特異的に関与していることが分かった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] オックスフォード大学(英国)
• [Journal Article] SRPP, a cell-wall protein is involved in development and protection of seeds and root hairs in Arabidopsis thaliana (2017)
  • Author(s): Natsuki Tanaka, Hiroshi Uno, Shohei Okuda, Shizuka Gunji, Ali Ferjani, Takashi Aoyama, Masayoshi Maeshima
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 58 Pages: 760-769
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx008
  • NAID: 120006343667
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A plasma membrane associated phosphatidylinositol phosphate-interactive, Ca-binding protein PCaP1 in Arabidopsis thaliana: stable association with plasma membrane and partial involvement in stomata closure (2016)
  • Author(s): Nagata, C., Miwa, C., Tanaka, N., Kato, M., Suito, M., Tsuchihira, A., Sato, Y., Segami, S. and Maeshima, M.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 129
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 亜鉛輸送体Cation Diffusion Facilitatorの機能を支える構造 (2015)
  • Author(s): 河内美樹、藤原崇志、田中奈月、前島正義
  • Journal Title: Biomedical Research on Trace Elements Volume: 26 Pages: 124-129
  • NAID: 130005113919
• [Journal Article] The histidine-rich loop of Arabidopsis vacuolar membrane zinc transporter AtMTP1 is involved in sensing cytosolic level of zinc. (2015)
  • Author(s): Tanaka, N., Fujiwara, T., Tomioka, R., Kraemer, U., Kawachi, M., Maesima, M.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 56 Pages: 510-519
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Characteristics of a root hair-less line of Arabidopsis thaliana under physiological stresses. (2014)
  • Author(s): Tanaka, N., Kato, M., Tomioka, R., Kurata, R., Fukao, Y., Aoyama, T., and Maeshima, M.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 65 Issue: 6 Pages: 1497-1512
  • DOI: 10.1093/jxb/eru014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 細胞壁タンパク質SRPPは種子形成と根毛伸長に重要な機能を果している (2017)
  • Author(s): 田中奈月、鵜野裕、奥田祥平、郡司玄、Ali Ferjani、青山卓史、前島正義
  • Organizer: 日本植物生理学会第58回年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 膜輸送システムと根毛から解く植物の無機イオンおよび水の吸収と蓄積の機構解明 (2016)
  • Author(s): 田中奈月
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-09-16
  • Invited
• [Presentation] 液胞膜亜鉛輸送体MTP1のHis-loopによる植物体内での亜鉛分配への寄与のメカニズム (2016)
  • Author(s): 田中奈月、河内美樹、藤原崇志、富岡利恵、前島正義
  • Organizer: 植物の栄養研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-09-02
• [Presentation] Molecular properties of proteins induced in root hairs under Pi deficiency. (2016)
  • Author(s): Tanaka, N., Kato, M., Fukao, Y., Aoyama, T., Maeshima, M.
  • Organizer: International Workshop on Plant Membrane Biology
  • Place of Presentation: Annapolis
  • Year and Date: 2016-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Ca2+-binding protein PCaP1 is involved in root hydrotropism、ポスター (2016)
  • Author(s): 田中奈月、小林啓恵、高橋秀幸、前島正義
  • Organizer: 日本植物生理学会第57回年会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] 根毛と種子を保護する機能をもつタンパク質SRPPの発現と分子生理学的解析 (2015)
  • Author(s): 田中奈月、奥田祥平、郡司玄、Ferjani Ali、前島正義
  • Organizer: 日本植物学会第79回
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] Characterization of the histidine loop of Arabidopsis vacuolar membrane zinc transporter AtMTP1 as a sensor of cytosol zinc level (2015)
  • Author(s): Tanaka, N., Fujiwara, T., Tomioka, R., Kraemer, U., Kawachi, M., Maeshima, M.
  • Organizer: Plant Growth, Nutrition & Environment Interactions (VISCEA(Vienna International Science Conferences and Events Association))
  • Place of Presentation: Vienna
  • Year and Date: 2015-06-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規シグナル変換分子PCaP1は植物の水分屈性に関与している (2014)
  • Author(s): 田中奈月、高橋秀幸、小林啓恵、前島正義
  • Organizer: 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] リン酸欠乏時に発現上昇する根毛タンパク質RHPPの機能解析 (2014)
  • Author(s): 田中奈月、奥田祥平、Ferjani Ali、郡司玄、前島正義
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] Characteristics of a root-hair less line of Arabidopsis thaliana under physiological stresses (2014)
  • Author(s): Tanaka, N. ,Kato, M., Okuda, S., Tomioka, R., Kurata, R., Fukao, Y., Aoyama, T., Maeshima, M.
  • Organizer: Plant Biology Europe FESPB/EPSO 2014 congress
  • Place of Presentation: Dublin
  • Year and Date: 2014-06-22 – 2014-06-26