複数代謝の統合的な制御による植物のストレス応答メカニズムの解明

• Project/Area Number: 15J09097
• 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: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 渡邊 俊介 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: MOCOS / ABA3 / ストレス応答 / 代謝制御 / 生理活性物質 / モリブデン補酵素硫化酵素 / モリブデン酵素

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの結果から，モデル実験植物シロイヌナズナのモリブデン補酵素硫化酵素ABA3がフラボノイド代謝，特にストレス適応に重要なアントシアニンの蓄積制御に関与することを突き止めた．最終年度にあたる本年度は，主に学術誌への投稿に向けて以下の成果を得た．
（１）ABA3によるアントシアニン蓄積誘導にABAあるいはアラントインが必要か否かを検証した．ABA3が生合成に必須である植物ホルモンABAや生理活性物質であるプリン中間体アラントインは環境ストレス応答を誘導する．そのため，これらの欠損がアントシアニン蓄積に何らかの影響を及ぼすことが推測される．そこで，ABAあるいはアラントインで処理したABA3変異体を酸化ストレスに曝したときのアントシアニン量を調査した．その結果，ABA3変異体のアントシアニン量の低下はABAやアラントインでは完全には回復しなかった．
（２）モリブデン酵素の欠損がアントシアニン蓄積に及ぼす影響を調査した．ABA3はいずれかのモリブデン酵素の活性化を介してアントシアニンの蓄積を制御すると予想される．そこで，モリブデン酵素の変異体を酸化ストレスに曝したときのアントシアニン量を調べた．これまでにモリブデン酵素として同定されているアルデヒド脱水素酵素（AAO1~4）とキサンチン脱水素酵素（XDH1）の変異体を調査した結果，非常に興味深いことに，ABA3変異体と同様の変異表現型を現す変異体は確認できなかった．
以上の結果から，ABA3がABAやアラントインとは独立したメカニズムでアントシアニン蓄積制御に関与し，その背後には未同定のモリブデン酵素や生理活性物質が存在していることが示唆された．
これらの成果は国内外の学会で積極的に発表した．また本課題の期間中に得られた研究成果を論文として取り纏めた（近日中には国際誌に投稿予定である）．

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Wounding Triggers Callus Formation via Dynamic Hormonal and Transcriptional Changes (2017)
  • Author(s): Ikeuchi M, Iwase A, Rymen B, Lambolez A, Kojima M, Takebayashi Y, Heyman J, Watanabe S, Seo M, De Veylder L, Sakakibara H, Sugimoto K
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 175 Issue: 3 Pages: 1158-1174
  • DOI: 10.1104/pp.17.01035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Overexpression of oligouridylate binding protein 1b results in ABA hypersensitivity. (2017)
  • Author(s): Nguyen, C.C, Nakaminami, K., Matsui, A., Watanabe, S., Kanno, Y., Seo, M. and Seki, M.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 12 Issue: 2 Pages: e1282591-e1282591
  • DOI: 10.1080/15592324.2017.1282591
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Allantoin, a stress-related purine metabolite, can activate jasmonate signaling in a MYC2-regulated and abscisic acid-dependent manner (2016)
  • Author(s): Takagi, H., Ishiga Y., Watanabe W., Konishi T., Egusa M., Akiyoshi N., Matsuura T., Mori I. C., Hirayama T., Kaminaka H., Shimada H. and Sakamoto A
  • Journal Title: J. Ext. Bot. Volume: 67 Issue: 8 Pages: 2519-2532
  • DOI: 10.1093/jxb/erw071
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 環境ストレス応答におけるシロイヌナズナのモリブデン補酵素硫化酵素ABA3の多面的な生理機能 (2018)
  • Author(s): 渡邊俊介，菅野裕理，澤田有司，田中 真帆，松井 章浩，平井優美，関 原明，坂本 敦，瀬尾光範
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナの環境応答におけるモリブデン補酵素硫化酵素 ABA3 の新規生理機能の解析 (2017)
  • Author(s): 渡邊俊介，澤田有司，平井優美，坂本 敦，瀬尾光範
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 植物の環境適応において生理活性物質生産系を制御するモリブデン補酵素硫化酵素MOCOSの多面的生理機能 (2017)
  • Author(s): 渡邊俊介，澤田有司，田中 真帆，松井 章浩，平井優美，関 原明，坂本 敦，瀬尾光範
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] Molybdenum cofactor sulfurase ABA3 has a novel role distinct from the biosynthesis of abscisic acid in stress tolerance of Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Shunsuke Watanabe, Yuri Kanno1, Yuji Sawada, Akihiro Matsui, Maho Tanaka, Hiromi Yokota-Hirai, Motoaki Seki, Atsushi Sakamoto and Mitsunori Seo
  • Organizer: 14th Bilateral Closure Symposium of GDRI Integrative Plant Biology Network
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナのモリブデン補酵素硫化酵素 ABA3 に隠された新規生理機能の探索 (2016)
  • Author(s): 渡邊俊介，澤田有司，平井優美，坂本 敦，瀬尾光範
  • Organizer: 植物化学調節学会第51回大会
  • Place of Presentation: 高知大学物部キャンパス（高知県南国市）
  • Year and Date: 2016-10-28
• [Presentation] Novel roles of Arabidopsis molybdenum cofactor sulfurase ABA3 in environmental stress responses (2016)
  • Author(s): Watanabe S., Sawada Y., Hirai Yokota M., Sakamoto A. & Seo M
  • Organizer: 22nd International Conference on Plant Growth Substances
  • Place of Presentation: University of Toronto, Toronto, Canada
  • Year and Date: 2016-06-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel roles of Arabidopsis molybdenum cofactor sulfurase ABA3 in environmental stress responses (2016)
  • Author(s): Shunsuke Watanabe, Yuji Sawada, Masami Yokota Hirai and Mitsunori Seo
  • Organizer: 22nd International Conference on Plant Growth Substances
  • Place of Presentation: Tronto, Canada
  • Year and Date: 2016-06-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナモリブデン補酵素硫化酵素ABA3による統合的なストレス適応応答の解明 (2016)
  • Author(s): 渡邊俊介，坂本 敦，瀬尾光範
  • 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: 2016-03-18
• [Presentation] シロイヌナズナのストレス適応に密接に関わるモリブデン補酵素硫化酵素ABA3の生理的な多機能性の検証 (2015)
  • Author(s): 渡邊俊介，坂本 敦，瀬尾光範
  • Organizer: 物化学調節学会第50回大会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Remarks]
  • URL: http://www.yokohama.riken.jp/phytohormone/