タイ類ゼニゴケにおけるエンドソーム－葉緑体間の膜交通制御機構の解析

• Project/Area Number: 14J09224
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金澤 建彦 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 膜交通 / SNARE / ゼニゴケ / オルガネラ / ライブセルイメージング / 細胞膜 / 分泌輸送 / エキソサイトーシス / ホスホイノシチド / 葉緑体 / RAB GTPase / ARA6 / ライブイメージング / Rab GTPase

Outline of Annual Research Achievements

膜交通経路およびオルガネラの新規獲得・多様化について新たな知見を得ることを目的とし、当該年度は、植物の陸上化に伴い多様化したと考えられている分泌/エキソサイトーシス経路とその制御因子、特にSYP1メンバーについて注目し、解析を行った。
SYP1は主に細胞膜に局在し、細胞膜と分泌小胞の融合の実行因子として機能している。これまでの比較ゲノム解析から植物の陸上化に伴い、SYP1パラログ数の増加がみられ、車軸藻類の一種Klebsormidiumでは1遺伝子だが、ゼニゴケでは4遺伝子、シロイヌナズナでは9遺伝子存在する。ゼニゴケの4つのSYP1メンバーすべてを蛍光タンパク質融合のコンストラクトを用いて可視化し、局在観察を行ったところ、細胞膜に加え、細胞種特異的なオルガネラ・細胞内構造に局在することが明らかになった。また、この特異的な輸送制御についてプロモーター交換実験等により調べたところ、細胞種特異的に一過的な細胞状態変化に応じ、遺伝子の発現制御と輸送の方向の切替えが起こることで、特定のオルガネラ・細胞内構造への輸送が制御されていることが明らかになった。
これまでに報告されている他の陸上植物に特異的な細胞内構造・オルガネラについての知見と本研究で得られた知見を比較・統合した結果、既存の輸送経路を新規の細胞内構造・オルガネラ方向に転用していることが考えられた。陸上植物の共通祖先は、新規オルガネラ/細胞内構造獲得のストラテジーの1つとして、細胞種特異的・細胞状態特異的に既存の膜交通経路を異なるオルガネラへの輸送に転用させることで、オルガネラの獲得とそれに伴う新規膜交通経路の獲得を行ったことが強く示唆された。

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

• [Journal Article] Dynamic reorganization of the endomembrane system during spermatogenesis in Marchantia polymorpha (2017)
  • Author(s): Minamino, N., Kanazawa, T., Nishihama, R., Yamato, T.K., Ishizaki, K., Kohchi, T., Nakano, A. and Ueda, T.
  • Journal Title: J. Plant Res. Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 433-441
  • DOI: 10.1007/s10265-017-0909-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Exocytic trafficking pathways in plants: why and how they are redirected (2017)
  • Author(s): Takehiko Kanazawa, Takashi Ueda
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SNARE Molecules in Marchantia polymorpha: Unique and Conserved Features of the Membrane Fusion Machinery. (2016)
  • Author(s): Kanazawa, T., Era, A., Minamino, N., Shikano, Y., Fujimoto, M., Uemura, T., Nishihama, R., Yamato, KT., Ishizaki, K., Nishiyama, T., Kohchi, T., Nakano, A., Ueda, T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 57 Issue: 2 Pages: 307-24
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv076
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 植物特異的オルガネラの獲得に伴う膜交通経路の再配向 (2017)
  • Author(s): 金澤建彦, 森中初音, 海老根一生, 法月拓也, 南野尚紀, 西浜竜一, 河内孝之, 中野明彦, 上田貴志
  • Organizer: 第58回植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] 植物のオルガネラ獲得のストラテジー (2017)
  • Author(s): 金澤建彦
  • Organizer: 第六回二研同門会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都世田谷区）
  • Year and Date: 2017-03-11
• [Presentation] 新規オルガネラ獲得に伴う分泌輸送経路の再配向 (2016)
  • Author(s): 金澤建彦
  • Organizer: 第5回日本エンドメンブレンミーティング
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-09-28
• [Presentation] Cell specific redirection of the secretory pathway led to acquisition of new organelles during land plant evolution (2016)
  • Author(s): Takahiko Kanazawa
  • Organizer: 19th European Network for Plant Endomembrane Research meeting
  • Place of Presentation: Bordeaux（France）
  • Year and Date: 2016-08-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cell type-specific reorientation of a trafficking pathway led to acquisition of new organelles during land plant evolution (2016)
  • Author(s): Takehiko Kanazawa, Hatsune Morinaka, Takuya Norizuki, Atsuko Era, Naoki Minamino, Yu Shikano, Masaru Fujimoto, Tomohiro Uemura, Ryuichi Nishihama, Katsuyuki T. Yamato, Kimitsune Ishizaki, Tomoaki Nishiyama, Takayuki Kohchi, Akihiko Nakano, Takashi Ueda
  • Organizer: EMBO Workshop, New model systems for early land plant evolution
  • Place of Presentation: Vienna（Austria）
  • Year and Date: 2016-06-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼニゴケのSYP1メンバーの機能の多様化 (2016)
  • Author(s): 金澤建彦，恵良厚子，南野尚紀，森中初音，法月拓也，藤本優，植村知博，西浜竜一，大和勝幸，石崎公庸，西山智明，河内孝之，中野明彦, 上田貴志
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-20
• [Presentation] ゼニゴケSNAREに観る膜交通経路の共通性と特異性 (2015)
  • Author(s): 金澤建彦
  • Organizer: 第4回日本エンドメンブレンミーティング
  • Place of Presentation: 北海道大学農学部（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2015-09-29
• [Presentation] ゼニゴケのSNARE分子から観る膜融合装置の保存性と多様性 (2015)
  • Author(s): 金澤建彦, 恵良厚子, 南野尚紀, 鹿野悠, 藤本優, 植村知博, 西浜竜一, 大和勝幸, 石崎公庸, 西山智明, 河内孝之, 中野明彦, 上田貴志
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-08
• [Presentation] SNARE and RAB GTPases in Marchantia polymorpha: New Insights into Diversification of Membrane Trafficking Pathways (2015)
  • Author(s): Takehiko Kanazawa
  • Organizer: XVIII ENPER meeting
  • Place of Presentation: Leeds （UK）
  • Year and Date: 2015-08-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 膜交通経路の多様化・新規獲得機構 (2015)
  • Author(s): 金澤建彦
  • Organizer: 第1回細胞生物若手の会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀 (東京都・江戸川区)
  • Year and Date: 2015-06-29
• [Presentation] SNARE Molecules in the Liverwort, Marchantia polymorpha: Uniquely-Pioneered and Evolutionarily-Conserved Features of the Membrane Fusion Machinery (2015)
  • Author(s): Takehiko Kanazawa, Atsuko Era, Naoki Minamino, Yu Shikano, Masaru Fujimoto, Tomohiro Uemura, Ryuichi Nishihama, Katsuyuki T. Yamato, Kimitsune Ishizaki, Tomoaki Nishiyama, Takayuki Kohchi, Akihiko Nakano, and Takashi Ueda
  • Organizer: 第15回東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 武田先端知ビル (東京都・文京区)
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Presentation] Systematic analysis of SNAREs in the liverwort, Marchantia polymorpha (2015)
  • Author(s): Takehiko Kanazawa, Atsuko Era, Naoki Minamino, Yu Shikano, Masaru Fujimoto, Ryuichi Nishihama, Katsuyuki T. Yamato, Kimitsune Ishizaki, Tomoaki Nishiyama, Takayuki Kohchi, Akihiko Nakano, and Takashi Ueda
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学, 東京
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Comprehensive analysis of SNARE molecules in the liverwort, Marchantia polymorpha (2014)
  • Author(s): Takehiko Kanazawa, Naoki Minamino, Atsuko Era, Masaru Fujimoto, Kimitsune Ishizaki, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi, Akihiko Nakano, and Takashi Ueda
  • Organizer: Marchantia Workshop 2014
  • Place of Presentation: Kobe Univ., Kobe, Japan
  • Year and Date: 2014-12-08 – 2014-12-10
• [Presentation] ゼニゴケの解析から見えてきた膜交通多様化機構 (2014)
  • Author(s): 金澤建彦
  • Organizer: 第3回日本エンドメンブレンミーティング
  • Place of Presentation: 名古屋大学, 名古屋
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-09-30
• [Presentation] The systematic analysis of RAB GTPases and SNARE proteins in the liverwort, Marchantia polymorpha (2014)
  • Author(s): Takehiko Kanazawa, Naoki Minamino, Atsuko Era, Kimitsune Ishizaki, Ryuichi Nishihama, Takayuki Kohchi, Akihiko Nakano, and Takashi Ueda
  • Organizer: XVII ENPER meeting
  • Place of Presentation: Lecce, Italy
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-11