Regulation of photosynthesis by histone acetylation under low nitrogen conditions in rice

• Project/Area Number: 18K05598
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39020:Crop production science-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Saitou Kazuyuki 九州大学, 農学研究院, 准教授 (00215534)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: イネ / Rubisco / 窒素 / ヒストン修飾 / ヒストン脱アセチル化酵素 / ヒストンアセチルトランスフェラーゼ / Rubisco遺伝子 / 低窒素条件 / 転写制御 / ヒストンのアセチル化 / ヒストンアセチル化酵素 / 光合成

Outline of Final Research Achievements

Rubisco is an enzyme that catalyzes carbon dioxide fixation in photosynthesis. The expression level of the Rubisco gene decreases in response to a decrease in nitrogen level. The purpose of this study was to clarify genes that regulate the expression of the Rubisco gene in response to nitrogen levels in rice.
The expression of the Rubisco gene was regulated by the histone acetyltransferase gene GCN5 in normally grown rice plants with sufficient nitrogen fertilizer. Lowering the nitrogen level decreased the expression of GCN5 and increased the expression of the histone deacetylase gene OsHDA713. It was shown that the expression of the Rubisco gene is regulated by the OsHDA713 gene under low nitrogen conditions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

環境への負荷の低減と生産コストの削減の面から低窒素条件下でも高い生産性を維持することができる低窒素環境適応型イネ品種の育成と導入が求められている。しかし、低窒素条件下におけるイネの栽培では光合成能力の低下によって生産性や品質の低下が引き起こされるため、いかに光合成能力を維持、向上させるかが重要な問題である。本研究では、低窒素条件下では、Rubisco遺伝子の発現がヒストン脱アセチル化酵素遺伝子OsHDA713により制御していることが示された。つまり、低窒素環境適応型イネ品種を育成するためのターゲット遺伝子がOsHDA713であることが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Elucidation of halophilic mechanism in photosynthesis of halophyte <i>Mesembryanthemum crystallinum </i>L<i>.</i> (2021)
  • Author(s): 吉田 和貴, 齋藤 和幸, 東江 栄
  • Journal Title: Abstracts of Meeting of the CSSJ Volume: 251 Issue: 0 Pages: 138-138
  • DOI: 10.14829/jcsproc.251.0_138
  • NAID: 130008005756
  • Year and Date: 2021-03-29
  • Open Access
• [Journal Article] Transcriptome analysis of halophilism in the common ice plant using RNA-Seq (2020)
  • Author(s): 佐藤 稜真, 小西 絢子, Tran Dan Q., Cushman John C., 九州大学大学院 農学研究院研究教育支援センター, 齋藤 和幸, 東江 栄
  • Journal Title: Abstracts of Meeting of the CSSJ Volume: 250 Issue: 0 Pages: 56-56
  • DOI: 10.14829/jcsproc.250.0_56
  • NAID: 130007890185
  • Year and Date: 2020-09-03
  • Open Access
• [Journal Article] Regulation of the expression of Rubisco small subunit genes by histone acetyltransferase OsGCN5 in response to nitrogen supply in rice (<i>Oryza sativa</i> L.) (2020)
  • Author(s): 袁 夕茹, 馮 世程, 井手 駿人, 宮本 史也, 東江 栄, 齋藤 和幸
  • Journal Title: Abstracts of Meeting of the CSSJ Volume: 249 Issue: 0 Pages: 167-167
  • DOI: 10.14829/jcsproc.249.0_167
  • NAID: 130007829668
  • Year and Date: 2020-03-24
  • Open Access
• [Journal Article] <i>OsHDA713</i>, a Histone Deacetylase Gene, regulates the Expression of <i>OsRBCS3</i>, a Rubisco Small Subunit Gene, under Low Nitrogen Condition in Rice (2020)
  • Author(s): 宮本 史也, 井手 駿人, 馮 世程, 東江 栄, 齋藤 和幸
  • Journal Title: Abstracts of Meeting of the CSSJ Volume: 249 Issue: 0 Pages: 168-168
  • DOI: 10.14829/jcsproc.249.0_168
  • NAID: 130007829672
  • Year and Date: 2020-03-24
  • Open Access
• [Journal Article] NaCl-stimulated ATP synthesis in mitochondria in the common ice plant (<i>Mesembryanthemum crystallinum</i> L.) (2020)
  • Author(s): 佐藤 稜真, 小西 絢子, Tran Dan, Cushuman John C., 齋藤 和幸, 東江 栄
  • Journal Title: Abstracts of Meeting of the CSSJ Volume: 249 Issue: 0 Pages: 186-186
  • DOI: 10.14829/jcsproc.249.0_186
  • NAID: 130007829702
  • Year and Date: 2020-03-24
  • Open Access
• [Journal Article] OsHDA713, a histone deacetylase, negatively regulates the nitrogen responsive expression of OsRBCS3, a Rubisco small subunit gene, in rice (2019)
  • Author(s): Hayato Ide, Chihiro Kariya, Yuan Xiru, Riko Ooasad, and Kazuyuki Saitou
  • Journal Title: AFELiSA 2019 Volume: 249 Pages: 127-127
• [Journal Article] Regulation of the expression of a Rubisco small subunit gene, OsRBCS3, by histone acetyltransferase GCN5 in response to nitrogen supply in rice (Oryza sativa L.) (2019)
  • Author(s): Xiru Yuan, Riko Ooasada, Hayato Ide, Chihiro Kariya, and Kazuyuki Saitou
  • Journal Title: AFELiSA 2019 Volume: 249 Pages: 128-128
• [Journal Article] シロイヌナズナにおける窒素応答性転写因子AtERF058によるRubisco小サブユニット遺伝子の発現制御 (2019)
  • Author(s): 齋藤和幸、中尾美紀、上野修
  • Journal Title: 日本作物学会第247回講演会要旨集 Volume: 1 Pages: 164-164
  • NAID: 130007620754
  • Open Access
• [Presentation] 塩生植物アイスプラント（Mesembryanthemum crystallinum L.）の光合成における好塩性機構の解明 (2021)
  • Author(s): 吉田 和貴, 齋藤 和幸, 東江 栄
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] イネにおける窒素供給に応答したヒストンアセチル化酵素GCN5によるRubisco小サブユニット遺伝子の発 現制御 (2020)
  • Author(s): 袁 夕茹, 馮 世程, 井手 駿人, 宮本 史也, 東江 栄, 齋藤 和幸
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] イネにおけるヒストン脱アセチル化酵素遺伝子OsHDA713は低窒素条件下でRubisco小サブユニット遺伝子 OsRBCS3の発現を制御する (2020)
  • Author(s): 宮本 史也, 井手 駿人, 馮 世程, 東江 栄, 齋藤 和幸
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] CAM植物におけるCO2濃縮機構による活性酸素の発生制御に関する研究 (2020)
  • Author(s): 吉田 侃生, 砂川 春樹, 齋藤 和幸, 東江 栄
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] CAM植物におけるCO2濃縮機構による活性酸素の発生制御に関する研究 (2020)
  • Author(s): 佐藤 稜真, 小西 絢子, Tran Dan Q., Cushman John C., 九州大学大学院 農学研究院研究教育支援センター, 齋藤 和幸, 東江 栄
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] アイスプラント(Mesembryanthemum crystallinum L.)の好塩性機構におけるミトコンドリアのATP合成 (2020)
  • Author(s): 佐藤 稜真, 小西 絢子, Tran Dan, Cushuman John C., 齋藤 和幸, 東江 栄
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] イネにおける窒素供給に応答したヒストンアセチル化酵素GCN5によるRubisco小サブユニット遺伝子の発現制御 (2020)
  • Author(s): 袁 夕茹, 馮 世程, 井手 駿人, 宮本 史也, 東江 栄, 齋藤 和幸
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] イネにおけるヒストン脱アセチル化酵素遺伝子OsHDA713は低窒素条件下でRubisco小サブユニット遺伝子OsRBCS3の発現を制御する (2020)
  • Author(s): 宮本 史也, 井手 駿人, 馮 世程, 東江 栄, 齋藤 和幸
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] OsHDA713, a histone deacetylase, negatively regulates the nitrogen responsive expression of OsRBCS3, a Rubisco small subunit gene, in rice (2019)
  • Author(s): Hayato Ide, Chihiro Kariya, Yuan Xiru, Riko Ooasad, and Kazuyuki Saitou
  • Organizer: International Symposium on Agricultural, Food, Environmental and Life Sciences in Asia, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of the expression of a Rubisco small subunit gene, OsRBCS3, by histone acetyltransferase GCN5 in response to nitrogen supply in rice (Oryza sativa L.) (2019)
  • Author(s): Xiru Yuan, Riko Ooasada, Hayato Ide, Chihiro Kariya, and Kazuyuki Saitou
  • Organizer: International Symposium on Agricultural, Food, Environmental and Life Sciences in Asia, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナにおける窒素応答性転写因子AtERF058によるRubisco小サブユニット遺伝子の発現制御 (2019)
  • Author(s): 齋藤和幸、中尾美紀、上野修
  • Organizer: 日本作物学会
• [Remarks] 植物生産生理学研究室
  • URL: http://www.agr.kyushu-u.ac.jp/lab/shokusei/
• [Remarks] 植物生産生理学研究室ホームページ
  • URL: http://www.agr.kyushu-u.ac.jp/lab/shokusei/