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Mechanism of flexible decline in chloroplast function mediated by piecemeal autophagy

Research Project

Project/Area Number 19H02919
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Ishida Hiroyuki  東北大学, 農学研究科, 教授 (60312625)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Keywords葉緑体 / オートファジー / 光合成 / 栄養リサイクル / シロイヌナズナ / イネ / Rubisco / ATG8 / 液胞
Outline of Research at the Start

葉緑体には窒素栄養の多くが分配されタンパク質として機能している。Rubiscoなどの主要な葉緑体タンパク質は葉の老化時や栄養飢餓条件下では分解され、転流窒素源や糖の代替呼吸基質として個体の成長や生存に重要なリソースとなる。オートファジーは様々な発生過程や飢餓などのストレス条件下で働く真核生物に普遍の細胞内分解システムである。葉緑体は特異小胞RCB(Rubisco-containing body)としてピースミール(部分的・段階的な)オートファジーにより液胞に運ばれ分解されるが、その詳細な機構は不明である。本研究では、葉緑体のピースミールオートファジーの機構について明らかにすることを目的とする。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to elucidate the fundamental mechanisms of piecemeal autophagy of chloroplasts and achieved the following results. (1) We established a method for isolating Rubisco-containing bodies (RCBs) and attempted to identify novel receptors, thereby gaining deeper insights into the selective recognition mechanism of chloroplast envelopes by autophagic isolation membranes. (2) We clarified the membrane dynamics involved in the formation and vacuolar transport of RCBs and plastid bodies, focusing on the dynamics of ATG8. (3) We elucidated the role of ATG8 isoforms in the RCB pathway through gene and protein expression analysis and the analysis of knockout mutants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

選択的オートファジーのメカニズムについては、動物や酵母の研究が先行するが、本研究では植物にユニークなオルガネラである葉緑体に関する基礎的知見を提供した。葉緑体成分の分解と再利用、および品質管理機構は、必須栄養素の体内移行、光合成、バイオマスや有用物質の生産に密接に関連している。その分子機構の一端を解明したことは、今後の作物の生産性や品質の向上を目指す農学研究において意義深いものである。

Report

(5 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] GFS9 Affects Piecemeal Autophagy of Plastids in Young Seedlings of Arabidopsis thaliana.2021

    • Author(s)
      Ishida, H., Okashita, Y., Ishida H., Hayashi, M., Izumi, M., Amane Makino, A., Bhuiyan, N.H. and Van Wijk, K.J.
    • Journal Title

      Plant Cell Physiol.

      Volume: 62 Issue: 9 Pages: 1372-1386

    • DOI

      10.1093/pcp/pcab084

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chloroplast Autophagy and Ubiquitination Combine to Manage Oxidative Damage and Starvation Responses2020

    • Author(s)
      Kikuchi Yuta、Nakamura Sakuya、Woodson Jesse D.、Ishida Hiroyuki、Ling Qihua、Hidema Jun、Jarvis R. Paul、Hagihara Shinya、Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 183 Issue: 4 Pages: 1531-1544

    • DOI

      10.1104/pp.20.00237

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Autophagy Contributes to the Quality Control of Leaf Mitochondria2020

    • Author(s)
      Nakamura Sakuya、Hagihara Shinya、Otomo Kohei、Ishida Hiroyuki、Hidema Jun、Nemoto Tomomi、Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: - Issue: 2 Pages: 229-247

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa162

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] オートファジーはイネ水田群落の下位葉におけるタンパク質分解に寄与し垂直の葉身窒素勾配を形成する2024

    • Author(s)
      菊地渉,石田宏幸
    • Organizer
      日本植物生理学会神戸年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] オートファジーはイネ群落における垂直の葉身窒素勾配の形成に寄与する2023

    • Author(s)
      菊地渉, 石山敬貴, 石田宏幸
    • Organizer
      日本土壌肥料学会愛媛大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] イネの栄養素再利用におけるATG因子の役割2023

    • Author(s)
      石田宏幸,北山僚太朗,菊地渉,和泉創大,鈴木亮大,小松京平
    • Organizer
      第15回オートファジー研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナにおけるプラスチドのオートファジー経路とエンドソーム系の交差性の検証2023

    • Author(s)
      齋藤桂,岡下悠, 石田宏幸
    • Organizer
      第15回オートファジー研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] オートファジーはイネ水田群落における垂直の葉身窒素勾配を形成しバイオマス生産に寄与する2023

    • Author(s)
      菊地渉,石田宏幸
    • Organizer
      第15回オートファジー研究会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] イネの稔性におけるATG8アイソフォームの寄与について2023

    • Author(s)
      北山僚太朗, 和泉創大, 石田宏幸
    • Organizer
      第15回オートファジー研究会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] デンプン代謝産物の過剰蓄積はオートファジー依存的な葉緑体分解を誘導する2023

    • Author(s)
      中村咲耶、石田宏幸、萩原伸也、泉正範
    • Organizer
      日本植物生理学会仙台年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] デンプン代謝産物の過剰蓄積はオートファジー依存的な葉緑体分解を誘導する2023

    • Author(s)
      中村咲耶、石田宏幸、萩原伸也、泉正範
    • Organizer
      日本植物生理学会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] GFS9 affects piecemeal autophagy of plastids in young seedlings of Arabidopsis2022

    • Author(s)
      Hiroyuki Ishida, Yu Okashita, Hiromi Ishida, Makoto Hayashi, Masanori Izumi, Amane Makino, Nazmul H. Bhuiyan, Klaas J. van Wijk
    • Organizer
      10th International Symposium on Autophagy
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GFS9 affects piecemeal autophagy of plastids in young seedlings of Arabidopsis2022

    • Author(s)
      Ishida, H., Okashita, Y., Ishida, Hiromi, Hayashi, M., Izumi, M., Makino, A., Bhuiyan, N.H., van Wijk, K.J.
    • Organizer
      10th International Symposium on Autophagy
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラスチドボディーを異常蓄積する gfs9-5変異体ではオートファジーの活性化が起きている2021

    • Author(s)
      岡下 悠、泉 正範、牧野 周、石田宏幸
    • Organizer
      日本土壌肥料学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナにおいてATG8-interacting protein (ATI1およびATI2)の発現抑制は葉緑体のオートファジーに影響を及ぼさない2020

    • Author(s)
      西村 翼, 和田慎也, 泉 正範, 中村咲耶, 牧野 周, Gad Galili, 石田宏幸
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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