A study of the organization of actin filaments in Arabidopsis cells

• Project/Area Number: 17K07436
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Ito Kohji 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (50302526)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: ミオシン / アクチン / 分子モーター / 原形質流動 / シロイヌナズナ / 植物細胞 / モーター蛋白質 / モータータンパク質 / 選択的結合性 / アクチン束化 / 極性

Outline of Final Research Achievements

In Arabidopsis thaliana, eight actin isoforms interact with 13 myosin XI isoforms and four myosin VIII isoforms to form a highly regulated actin transport network. The results in this research showed that each myosin isoform showed different catalytic efficiencies and different velocities when using different actin isoforms. This suggests that the eight actin isoforms have different functions with respect to each myosin.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物細胞ではアクチン繊維と呼ばれる「レール」の上を、ミオシンと呼ばれる「列車」が「貨物」をひきつれて動くことにより物質輸送が行われている。輸送機構の詳細が解明できれば植物の増産に寄与できる。植物細胞内でのレールや列車の種類が多いことが知られているが、の理由はよくわかっていなかった。本研究により列車はそれぞれのレールを好むことにより様々な物質を輸送していることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of ancestral myosin XI from Marchantia polymorpha by heterologous expression in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Duan Zhongrui、Tanaka Misato、Kanazawa Takehiko、Haraguchi Takeshi、Takyu Akiko、Era Atsuko、Ueda Takashi、Ito Kohji、Tominaga Motoki
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 104 Issue: 2 Pages: 460-473
  • DOI: 10.1111/tpj.14937
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heterologous transformation of <i>Camelina sativa</i> with high-speed chimeric myosin XI-2 promotes plant growth and leads to increased seed yield (2020)
  • Author(s): Duan Zhongrui、Ito Kohji、Tominaga Motoki
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 37 Issue: 3 Pages: 253-259
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.20.0225b
  • NAID: 130007907467
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional Diversity of Class XI Myosins in Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Haraguchi T., Ito K., Duan Z, Rula S, Takahashi K., Shibuya Y., Hagino N., Miyatake Y., Nakano A., Nakano A., and Tominaga M
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 59 Pages: 2268-2277
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy147
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement of enzymatic and motile activities of Arabidopsis myosins by using Arabidopsis actins (2018)
  • Author(s): Rula S, Suwa T, Kijima ST, Haraguchi T, Wakatsuki S, Sato N, Duan Z, Tominaga M, Uyeda TQP, and Ito K.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 495 Issue: 3 Pages: 2145-2151
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.071
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Arabidopsis vegetative actin isoforms, AtACT2 and AtACT7, generate distinct filament arrays in living plant cells (2018)
  • Author(s): Kijima ST, Staiger CJ, Katoh K, Nagasaki A, Ito K, Uyeda TQP
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 8 Issue: 1 Pages: 4381-4381
  • DOI: 10.1038/s41598-018-22707-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Chiral orientation of actin filaments is autonomously formed by certain plant myosins (2020)
  • Author(s): 伊藤 光二 、 原口 武士 、吉村 孝平 、伊美 拓真
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] CbM4の持つ時計回りの運動活性の解析 (2020)
  • Author(s): 吉村 考平 , 伊美 拓真 , 原口 武士 , 玉那覇 正典 , 伊藤 光二
  • Organizer: 第58回 日本生物物理学会年会
• [Presentation] 植物ミオシンにおけるアクチン上での非対称運動の網羅的 解析 (2020)
  • Author(s): 伊美 拓真，吉村 考平，原口 武士，伊藤 光二
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] 高速型ミオシン導入による単子葉植物ブラキポディウムのバイオマス増産 (2019)
  • Author(s): 玉那覇正典，原口武士，富永基樹，及川彰，Amit Rai，山崎真巳，斉藤和季，伊藤光二
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 高速型ミオシン導入による単子葉植物ブラキポディウムのバイオマス増産（１） (2019)
  • Author(s): 高橋 宏夢，栗山 裕良史，玉那覇 正典，原口 武士，木村 仁美，富永 基樹，伊藤 光二
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 高速型ミオシン導入による単子葉植物ブラキポディウムのバイオマス増産 （2） (2019)
  • Author(s): 栗山 裕良史, 高橋 宏夢，玉那覇 正典, 原口 武士, 富永 基樹,及川 彰, Amit Rai, 山崎 真巳, 斉藤 和季, 伊藤 光二
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] アクチンとミオシンによる自発的な極性形成 (2018)
  • Author(s): 伊藤光二，原口武士，吉村考平，鯉江信慶，富永基樹，平塚祐一
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Self-organization of actin filaments of the same polarity by myosin (2018)
  • Author(s): Kohei Yoshimura, Nobuyoshi Koie, Takeshi Haraguchi, Motoki Tominaga, Yuichi Hiratsuka, Kohji Ito
  • Organizer: 日本生物物理学会第56回年会
• [Presentation] Self-organization of actin filaments of the same polarity by myosin (2018)
  • Author(s): Kohei Yoshimura, Nobuyoshi Koie, Yuichi Hiratsuka, Kohji Ito
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] アクトミオシン系を用いたin vitroにおける原形質流動装置の構築 (2018)
  • Author(s): 吉村考平，鯉江信慶，原口武士，富永基樹，平塚祐一，伊藤光二
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] シロイヌナズナにおいて13種のミオシンXIは8種のアシロイヌナズナにおいて13種のミオシンXIは8種のアクチンと同様の親和性で結合するか？ (2018)
  • Author(s): 藤澤 祐希，貴嶋紗久，原口武士, 富永基樹，上田太郎，伊藤光二
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 植物細胞の先端成長におけるシロイヌナズナミオシンXI-Bの機能解析 (2018)
  • Author(s): 段中瑞，矢嶋祐紀，中野明彦，伊藤光二，富永基樹
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 速度改変によるミオシンXIメンバーの機能解析 (2018)
  • Author(s): 大畠 舜，段 中瑞 ，原口 武士，中野 明彦 ，伊藤 光二 ，富永 基樹
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 中心柱組織に発現するシロイヌナズナミオシンXI-Fの機能解析 (2018)
  • Author(s): 久保田一輝，段 中瑞，中野 明彦，伊藤 光二，富永 基樹
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] Cytoplasmic streaming; a primitive function of myosin XI conserved in land plants (2018)
  • Author(s): Misato Tanaka, Duan Zhongrui, Akihiko Nakano, Takashi Ueda, Takehiko Kanazawa, Koji Ito, Motoki Tominaga
  • Organizer: Plant Biology 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Self-organization of actin filaments of the same polarity by myosin (2017)
  • Author(s): Kohji Ito
  • Organizer: International Symposium Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼニゴケミオシンXIのシ ロイヌナズナ培養細胞に おける発現と解析 (2017)
  • Author(s): 田中 美聡，段 中瑞，安藤 愛奈，岡崎 賢吾，中野 明 彦，上田 貴志，金澤 建彦， 伊藤 光二，富永 基樹
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 高速化ミオシンXI導入による単子葉植物ブラキポディウムの表現型解析 (2017)
  • Author(s): 原口 武士 ，木 下 佳菜 ，玉那覇 正 典 ，坂 山 英俊 ，西 山 智明 ，富 永 基 樹 ，伊 藤 光二
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 単子葉植物ブラキポディウムのミオシン11 の機能解析お よびキメラミオシン導入による機能改変 (2017)
  • Author(s): 天海 淳，原口 武士，富永 基樹，伊藤 光二
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 単子葉植物ブラキポディウムミオシン11 の機能解析およびCRISPR/Cas9 による遺伝子ノックアウト (2017)
  • Author(s): 登藤 都，原口 武士，遠藤 真咲，持田 恵一， 伊藤 光二
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Book] The Cytoskeleton. Plant Cell Monographs, vol 24 (2019)
  • Author(s): Takeshi Haraguchi, Zhongrui Duan, Masanori Tamanaha, Kohji Ito, and Motoki Tominaga
  • Total Pages: 13
  • Publisher: Springer, Cham
  • ISBN: 9783030335281
• [Book] "Single molecule analysis of actomyosin in the presence of osmolyte" in "The role of water in ATP hydrolysis energy transduction by protein machinery." (2018)
  • Author(s): Iwaki M., Ito K., Fujita K.
  • Total Pages: 15
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811084591