Evolution of membrane co-transport system- Is Na+ essential for co-transporter of marine algae ?

• Project/Area Number: 16K14786
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Mimura Tetsuro 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20174120)
• Research Collaborator: Ohnishi Miwa ; Kawai Hiroshi ; Isaka Wakana
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 共役輸送 / ナトリウムイオン / リン酸 / アオサ / シャジクモ / 膨圧調節

Outline of Final Research Achievements

The co-transport system is known to be H+-coupling or Na+-coupling. The phosphate transport system of Chara braunii which is supposed to be the ancester of land-plants, is Na+ co-transport type. In order to clarify the evolution of this co-transport system, we aimed to analyze the molecular basis and evolution of the co-transport system by using the brackish green algae; Ulva compressa. We found that it can be grown even under Na+-deficient conditions, and the phosphate transport is both H+ type and Na+ type. Transcriptome analysis revealed the presence of two phosphate transporter genes supposed to be in the cell membrane. In further experiment, the Na+ dependency of the phosphate transporter gene of Chara braunii was confirmed using Xenopus unfertilized egg’s system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体膜共役輸送系は、栄養の取り込みや老廃物の排出に働き、細胞存続の基盤となる輸送系である。H＋共役型とNa＋共役型が知られていて、植物と動物を区別する大きな要素である。陸上植物は、H＋共役型を持つことが知られている。本研究から陸上植物の祖先種であるシャジクモやアオサ類は、H＋型やNa＋型を持つことが明らかとなった。これら共役輸送系は、古くはH＋共役型から進化したと考えられているが、陸上植物の祖先種の植物群がNa＋型も持つことから、これらの共役輸送系がどのように進化してきたのかを、もう一度検討し直すことが必要となる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アデレード大学(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] チューリッヒ大学(スイス)
• [Int'l Joint Research] 原子力・代替エネルギー庁(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Adelaide(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] Himachal Pradesh University(インド)
• [Int'l Joint Research] University of Adelaide(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] Zurich University(スイス)
• [Journal Article] Organelle DNA degradation contributes to the efficient use of phosphate in seed plants. (2018)
  • Author(s): Takami T. Ohnishi N. Kurita Y, Iwamura S, Ohnishi M. Kusaba M. Mimura T. and Sakamoto W.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 4 Issue: 12 Pages: 1044-1055
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0291-x
  • NAID: 120006627286
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular Components of Arabidopsis Intact Vacuoles Clarified with Metabolomic and Proteomic Analyses (2018)
  • Author(s): Miwa Ohnishi, Aya Anegawa, Yuko Sugiyama, Kazuo Harada, Akira Oikawa, Yasumune Nakayama, Fumio Matsuda, Yukiko Nakamura, Ryosuke Sasaki, Chizuko Shichijo Patrick G. Hatcher, Hidehiro Fukaki, Shigehiko Kanaya, Koh Aoki, Mami Yamazaki, Eiichiro Fukusaki, Kazuki Saito, Tetsuro Mimura
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 69 Pages: 1353-1362
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy069
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Wood structure of Populus alba formed in a shortened annual cycle system. (2018)
  • Author(s): Baba Kei’ ichi *, Kurita Yuko, Mimura Tetsuro
  • Journal Title: J. Wood Science Volume: 64 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1007/s10086-017-1664-x
  • NAID: 40021470912
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cadmium-induced changes in vacuolar aspects of Arabidopsis thaliana. (2017)
  • Author(s): Shanti S. Sharma, Kotaro Yamamoto, Kohei Hamaji, Miwa Ohnishi, Aya Anegawa, Shashi Sharma, Sveta Thakur, Vijay Kumar, Tomohiro Uemura, Akihiko Nakano, Tetsuro Mimura
  • Journal Title: Plant Physiol Biochem. Volume: 114 Pages: 29-37
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2017.02.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Plastidial Folate Prevents Starch Biosynthesis Triggered by Sugar Influx into Non-Photosynthetic Plastids of Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Hayashi Makoto、Tanaka Mina、Yamamoto Saki、Nakagawa Taro、Kanai Masatake、Anegawa Aya、Ohnishi Miwa、Mimura Tetsuro、Nishimura Mikio
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 58 Issue: 8 Pages: 1328-1338
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx076
  • NAID: 120006473630
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inositol hexakis phosphate is the seasonal phosphorus reservoir in the deciduous woody plant Populus alba L. (2017)
  • Author(s): Kurita, Y., Baba, K., Ohnishi, M., Matsubara, R., Kosuge, K., Anegawa, A., Shichijo, C., Ishizaki, K., Kaneko, Y., Hayashi, M., Suzaki, T., Fukaki, H., Mimura, T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 58 Issue: 9 Pages: 1477-1485
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx106
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) microRNAs using RNA-Seq and their putative roles in high salinity responses in seedlings. (2016)
  • Author(s): Chiang Chih-Pin, Yim Won Cheol, Sun Ying-Hsuan, Ohnishi Miwa, Mimura Tetsuro, Cushman John Chandler, Yen Hungchen Emilie
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 7 Pages: 1143-1143
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.01143
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] シャジクモ細胞膜リン酸輸送体の分子機能解析 (2018)
  • Author(s): 三村 徹郎;大西 美輪;村西 直樹;藤原 ひとみ;石崎 公庸;深城 英弘;西山 智明;坂山 英俊;Rob J. Reid;且原 真木
  • Organizer: （公社）日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 根系の光環境が植物のリン酸応答に与える影響 (2018)
  • Author(s): 吉岡 優介;大西 美輪;石崎 公庸;木下 俊則;深城 英弘;三村 徹郎
  • Organizer: （公社）日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 駆け巡るリン (2017)
  • Author(s): 三村 徹郎
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
  • Invited
• [Presentation] 汽水産緑藻 Ulva compressa のNa+に依存した成長とリン酸の取り込みについて (2017)
  • Author(s): 井阪 若菜; 寺内 真; 大西 美輪; 羽生田 岳明; 市原 健介; 山崎 誠和; 石崎 公庸; 深城 英弘; 河野 重行; 川井 浩史; 新免 輝男; 三村 徹郎
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 根系の光環境が植物のリン応答に及ぼす影響 (2017)
  • Author(s): 吉岡 優介; 大西 美輪; 石崎 公庸; 深城 英弘; 三村 徹郎
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 落葉木本植物ポプラの季節的なリン転流機構の解析 (2017)
  • Author(s): 栗田 悠子; 菅野 里美; 杉田 亮平; 廣瀬 農; 大西 美輪; 手塚 あゆみ; 出口 亜由美; 小菅 桂子; 石崎 公庸; 深城 英弘; 田野井 慶太朗; 中西 友子; 馬場 啓一; 永野 惇; 三村 徹郎
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] A shortened annual cycle system; a tool for laboratory studies of seasonal phenomena in trees (2017)
  • Author(s): Yuko Kurita, Satomi Kanno, Ryohei Sugita, Atsushi Hirose, Miwa Ohnishi, Ayumi Tezuka, Ayumi Deguchi, Keiko Kosuge, Kimitsune Ishizaki, Hidehiro Fukaki, Keitaro Tanoi, Tomoko M. Nakanishi, Kei’ichi Baba, Tetsuro Mimura, Atsushi J. Nagano
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 汽水産緑藻 Ulva prolifera の Na + に依存した成長と リン酸の取り込みについて (2017)
  • Author(s): 井阪 若菜;大西 美輪;羽生田 岳昭;市原 健介;山崎 誠和;石崎 公庸;深城 英弘;河野 重行;川井 浩史;新免 輝男;三村 徹郎
  • Organizer: 日本藻類学会第41回大会
  • Place of Presentation: 高知大学
• [Presentation] Molecular components of vacuoles and their possible functions in plant cells (2017)
  • Author(s): Tetsuro Mimura, Miwa Ohnishi, Aya Anegawa, Kotaro Yamamoto, Yuko Kurita, Katsuhisa Yoshida
  • Organizer: （一社）日本植物生理学会第58回年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Invited
• [Presentation] Ulva prolifera のナトリウム依存性の成長量変化について (2016)
  • Author(s): 井阪 若菜;大西 美輪;羽生田 岳昭;市原 健介;石崎 公庸;深城 英弘;河野 重行;川井 浩史;新免 輝男;三村 徹郎
  • Organizer: （公社）日本植物学会 第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄県コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-09-16