葉緑体光定位運動における新規因子の同定と信号伝達分子メカニズムの解明

• Project/Area Number: 17J06717
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 比嘉 毅 大阪大学, 蛋白質研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 葉緑体運動 / 光受容体 / フォトトロピン / CHUP1 / 生化学

Outline of Annual Research Achievements

本研究は植物細胞の持つ葉緑体が、光合成効率を高めるために弱い光に集まり（集合反応）、逆に強すぎる光から逃れることでその損傷を防ぐ（逃避反応）、葉緑体光定位運動という現象について、未知の制御因子の同定と信号伝達のメカニズムを明らかにすることを目的としている。59に及ぶ新規制御因子の候補について取得した変異体を、2-3回に渡り繰り返しスクリーニングにかけた結果、集合反応のみ、または逃避反応のみが低下する変異体や、その両方が低下する変異体を高い再現性のもと見出した。過去の研究で、集合および逃避反応は異なる信号伝達機構を利用している可能性が指摘されており、今回片方のみの反応の低下が認められた変異体については、欠損する因子がどちらかの反応のみを制御するものと考えられ、本研究の目標とする未知の信号伝達メカニズムの解明の大きな手がかりになりうると考えている。
本年度の後半ではこれら新規候補因子のうち、GTP結合蛋白質ファミリーに属する因子に着目した。この因子は光受容体phot2と相互作用するものとして初年度の実験によりに同定され、かつ同蛋白質ファミリーの特徴としてアクチン繊維への結合能を有するとされている。このことから光受容と、アクチン繊維を利用した葉緑体運動系の間をつなぐ信号伝達に関わる因子である可能性が大いに期待できる。本年度はこの候補因子の細胞内局在や、BiFCまたはYeast Two-Hybrid系による細胞内でのphot2との相互作用を観察するためのコンストラクトの作成に成功し、今後必要とされる詳細な観察を可能とした。
加えて、局在制御型phot2を発現する形質転換植物についての実験を初年度より継続しており、phot2の人為的な局在コントロールを生化学的に検証することに成功した。これら形質転換植物が作成されたことで、本研究のさらなる発展が見込まれる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Phototropin 2 contributes to the chloroplast avoidance response at the chloroplast-plasma membrane interface (2020)
  • Author(s): Ishishita K, Higa T, Tanaka H, Inoue S, Chung A, Ushizima T, Matsushita T, Kinoshita T, Nakai M, Wada M, Suetsugu N, Gotoh E
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: in press Issue: 1 Pages: 59-59
  • DOI: 10.1104/pp.20.00059
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Adaptation to Ambient Light Conditions by Chloroplast Movement in Oryza species (2020)
  • Author(s): Miki Kihara, Tomokazu Ushijima, Yoshiyuki Yamagata, Yukinari Tsuruda, Takeshi Higa, Tomomi Abiko, Takahiko Kubo, Masamitsu Wada, Noriyuki Suetsugu, Eiji Gotoh
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chloroplast Accumulation Response Enhances Leaf Photosynthesis and Plant Biomass Production (2018)
  • Author(s): Gotoh Eiji、Suetsugu Noriyuki、Yamori Wataru、Ishishita Kazuhiro、Kiyabu Ryota、Fukuda Masako、Higa Takeshi、Shirouchi Bungo、Wada Masamitsu
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 178 Issue: 3 Pages: 1358-1369
  • DOI: 10.1104/pp.18.00484
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Palisade cell shape affects the light-induced chloroplast movements and leaf photosynthesis (2018)
  • Author(s): Gotoh, E., N. Suetsugu, T. Higa, T. Matsushita, H. Tsukaya and M. Wada
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1472-1472
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19896-9
  • NAID: 120006394740
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of temperature on the signal transmission speed of chloroplast accumulation response. (2018)
  • Author(s): Takeshi Higa, Satoshi Hasegawa, Yoshio Hayasaki, Yutaka Kodama, Masato Nakai, Masamitsu Wada
  • Organizer: International Symposium on Plant Photobiology, 2018
  • Int'l Joint Research