Elucidation of molecular mechanisms of dehydration stress sensing via mobile peptides in leaf vasculature

• Project/Area Number: 19H03255
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Tokyo University of Science (2021); Institute of Physical and Chemical Research (2019-2020)
• Principal Investigator: Takahashi Fuminori 東京理科大学, 先進工学部生命システム工学科, 准教授 (00462698)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2019: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: ペプチド / 植物ホルモン / 環境応答

Outline of Research at the Start

ABAは乾燥ストレスなどの防御応答の司令塔として必須であり、農業的にも重要なホルモンと言える。したがって、根での乾燥ストレスの感知から、離れた器官である葉でのABA合成を促進する初期シグナルを解析することは、環境ストレス耐性のメカニズムを理解するのにとても重要である。本研究では、根から水分ストレスシグナルを伝達するペプチドが葉の維管束組織で受容された後の分子制御に着目し、ペプチド－受容体の下流でリン酸化シグナル伝達に関わるリン酸化タンパク質、およびその標的転写因子群によるNCED3遺伝子の発現を制御する分子制御メカニズムを詳細に解析する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we elucidated molecular mechanism that functions downstream of peptide-receptors that transmit drought stress information from roots to leaves. As a result, we clarified that a plurality of representative protein kinases were activated in a drought stress -dependent manner in the downstream of the receptor. We also identified candidate transcription factors that function in the downstream of the receptor. These results indicate that protein kinases and transcription factor-mediated phosphorylation signaling pathways play an important role in the peptide-receptor signaling.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物にとって乾燥ストレスを感受した後、乾燥耐性付与に関わるアブシジン酸（ABA）の合成を促すシグナル伝達は重要である。本研究では、乾燥ストレス応答において、根から葉に移動するペプチドが葉の維管束で受容され、ABA合成酵素遺伝子の発現を誘導するにいたるまでのリン酸化シグナル伝達を制御する分子メカニズムを解析した。これら基礎的研究知見を活用することで、ストレス耐性農作物の開発などの応用利用にも貢献できる研究成果となった。

Research Products

• [Journal Article] Peptide Signaling in Plants. (2022)
  • Author(s): Wu Q, Schmidt W, Aalen RB, Xu C, Takahashi F.
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 13 Pages: 843918-843918
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.843918
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arabidopsis TBP-ASSOCIATED FACTOR 12 ortholog NOBIRO6 controls root elongation with unfolded protein response cofactor activity (2022)
  • Author(s): Kim June-Sik、Sakamoto Yuki、Takahashi Fuminori、Shibata Michitaro、Urano Kaoru、Matsunaga Sachihiro、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Shinozaki Kazuo
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 6
  • DOI: 10.1073/pnas.2120219119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inter-tissue and inter-organ signaling in drought stress response and phenotyping of drought tolerance. (2022)
  • Author(s): Kuromori T, Fujita M, Takahashi F, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K.
  • Journal Title: Plant Journal Volume: 109 Issue: 2 Pages: 342-358
  • DOI: 10.1111/tpj.15619
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arabidopsis group C Raf-like protein kinases negatively regulate abscisic acid signaling and are direct substrates of SnRK2 (2021)
  • Author(s): Kamiyama Yoshiaki、Hirotani Misaki、Ishikawa Shinnosuke、Minegishi Fuko、Katagiri Sotaro、Rogan Conner J.、Takahashi Fuminori、Nomoto Mika、Ishikawa Kazuya、Kodama Yutaka、Tada Yasuomi、Takezawa Daisuke、Anderson Jeffrey C.、Peck Scott C.、Shinozaki Kazuo、Umezawa Taishi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Issue: 30
  • DOI: 10.1073/pnas.2100073118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arabidopsis SMN2/HEN2, Encoding DEAD-Box RNA Helicase, Governs Proper Expression of the Resistance Gene SMN1/RPS6 and Is Involved in Dwarf, Autoimmune Phenotypes of mekk1 and mpk4 Mutants (2020)
  • Author(s): Takagi Momoko、Iwamoto Naoki、Kubo Yuta、Morimoto Takayuki、Takagi Hiroki、Takahashi Fuminori、Nishiuchi Takumi、Tanaka Keisuke、Taji Teruaki、Kaminaka Hironori、Shinozaki Kazuo、Akimitsu Kazuya、Terauchi Ryohei、Shirasu Ken、Ichimura Kazuya
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 61 Issue: 8 Pages: 1507-1516
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa071
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Drought Stress Responses and Resistance in Plants: From Cellular Responses to Long-Distance Intercellular Communication (2020)
  • Author(s): Takahashi Fuminori、Kuromori Takashi、Urano Kaoru、Yamaguchi-Shinozaki Kazuko、Shinozaki Kazuo
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 000-000
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.556972
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Large-Scale Phosphoproteomic Study of Arabidopsis Membrane Proteins Reveals Early Signaling Events in Response to Cold (2020)
  • Author(s): Kamal Md Mostafa、Ishikawa Shinnosuke、Takahashi Fuminori、Suzuki Ko、Kamo Masaharu、Umezawa Taishi、Shinozaki Kazuo、Kawamura Yukio、Uemura Matsuo
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 21 Issue: 22 Pages: 8631-8631
  • DOI: 10.3390/ijms21228631
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant Raf-like kinases regulate the mRNA population upstream of ABA-unresponsive SnRK2 kinases under drought stress (2020)
  • Author(s): Soma Fumiyuki, Takahashi Fuminori, Suzuki Takamasa, Shinozaki Kazuo, Yamaguchi-Shinozaki Kazuko
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15239-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative Phosphoproteomic Analysis Reveals a Decay of ABA Signaling in Barley Embryos during After-Ripening (2019)
  • Author(s): Ishikawa Shinnosuke、Barrero Jose M、Takahashi Fuminori、Nakagami Hirofumi、Peck Scott C、Gubler Frank、Shinozaki Kazuo、Umezawa Taishi
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 60 Issue: 12 Pages: 2758-2768
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz163
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナPUB25及びPUB26はMEKK1-MKK1/MKK2-MPK4経路と病害抵抗性を正に制御する (2022)
  • Author(s): 永井鈴奈，久保佑太，樋尾隼平，小林孝博，溝口剛，高橋史憲，篠崎一雄，白須賢，市村和也
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] モンゴル草原植物Chloris virgataの迅速成長性に関するRNA-Seq解析 (2022)
  • Author(s): 河端晋太郎，Bolortuya Byambajav，山上あゆみ，Davaapurev Bekh-Ochir，高橋史憲，井上小槙，金谷麻加，持田恵一，熊沢穣，伊福健太郎，篠崎一雄，浅見忠男，Batkhuu Javzan，中野雄司
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナにジャスモン酸・サリチル酸双方の蓄積を誘導する新規化合物の作用機構の解析 (2022)
  • Author(s): 松本史織，並木健太郎，遠矢龍平，菊地宏樹，前田健太郎，西田えり佳，北畑信隆，斉藤優歩，中野正貴，舟橋汰樹，中澤裕，橋本研志，倉持幸司，安部洋，高橋史憲，浅見忠男，木村成介，朽津和幸
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ストレス応答性転写因子DREB2Aの条件的な相互作用因子の探索と解析 (2022)
  • Author(s): 船守晴帆，高橋史憲，城所聡，亀井葉子，篠崎一雄，篠崎和子，溝井順哉
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ethanol treatment enhances drought stress tolerance in plants (2022)
  • Author(s): K. Bashir, S. Rasheed, D. Todaka, A. Matsui, Z. Ahmad, Y. Utsumi, V.A. Thu, S. Takahashi, M. Tanaka, J. Ishida, Y. Tsuboi, S. Watanabe, E. Ando, M. Seito, H. Motegi, S. Kikuchi, M. Kobayashi, M. Fujita, F. Takahashi, M. Kusano, Y. Habu, K. Kawaura, J. Kikuchi, M. Hirai, M. Seo, K. Shinozaki, T. Kinoshita, M. Seki.
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナのABA応答におけるグループC Raf型タンパク質リン酸化酵素Raf36の機能解析 (2021)
  • Author(s): 神山佳明，廣谷美咲，石川慎之祐，峯岸芙有子，片桐壮太郎，Conner Rogan，高橋史憲，野元美佳，石川一也，児玉豊，多田安臣，竹澤大輔，Jeffrey Anderson，Scott Peck，篠崎一雄，梅澤泰史
  • Organizer: 日本植物学会第85回大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペプチドの長距離シグナルによる植物の乾燥ストレス応答 (2021)
  • Author(s): 高橋史憲
  • Organizer: 第36回資源植物科学シンポジウム及び第12回植物ストレス科学研究シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ジャスモン酸の蓄積を亢進する新規植物免疫活性化候補化合物の効果の解析 (2021)
  • Author(s): 西田えり佳，舟橋汰樹，斉藤優歩，中野正貴，北畑信隆，中澤裕，並木健太郎，中島麻希，倉持幸司， 安部洋，高橋史憲，橋本研志，朽津和幸
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 乾燥ストレス応答を制御する長距離シグナル伝達の解析 (2021)
  • Author(s): 高橋史憲，鈴木健裕，堂前直，篠崎一雄
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RAF-SnRK2 キナーゼカスケードを介した乾燥ストレス応答機構の解明 (2021)
  • Author(s): 相馬史幸，高橋史憲，鈴木孝征，篠崎一雄，篠崎和子
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アブシジン酸合成を制御する長距離シグナル伝達の解析 (2020)
  • Author(s): 高橋史憲，鈴木健裕，堂前直，篠崎一雄
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナのABA応答を負に制御するグループC Raf型タンパク質リン酸化酵素の機能解析 (2020)
  • Author(s): 神山佳明，廣谷美咲，石川慎之祐，峰岸芙有子，片桐壮太郞，Conner J. Rogan，高橋史憲，野本美佳，石川一也，児玉豊，多田安臣，竹澤大輔，Jeffrey C. Anderson，Scott C. Peck，篠崎一雄，梅澤泰史
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stress-mediated secreted protein modulates distant organ communications under dehydration stress (2020)
  • Author(s): Takahashi Fuminori, Suzuki Takehiro, Dohmae Naoshi, Shinozaki Kazuo
  • Organizer: The 60th Annual Meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists（Suita, Japan））
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 後熟期におけるオオムギ種子胚の比較リン酸化プロテオーム解析 (2020)
  • Author(s): 石川慎之祐, Jose Barrero, 高橋史憲, 中神弘史, Scott Peck C, Frank Gubler, 篠崎一雄, 梅澤泰史
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会（吹田, 日本）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 乾燥ストレス条件下においてサブクラス I SnRK2 の活性化を担うタンパク質キナーゼの同定 (2020)
  • Author(s): 相馬史幸, 高橋史憲, 鈴木孝征, 篠崎一雄, 篠崎和子
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会（吹田, 日本）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 小胞体ストレス応答の欠如による根の伸長阻害を回復するサプレッサー変異の機能解析 (2020)
  • Author(s): 金俊植, 坂本勇貴, 高橋史憲, 小嶋美紀子, 浦野薫, 榊原均, 松永幸大, 篠崎和子, 篠崎一雄
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会（吹田, 日本）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 乾燥に強くなるペプチドの発見と接ぎ木による機能解析 (2019)
  • Author(s): Takahashi Fuminori
  • Organizer: 理研バイオリソースセンターシンポジウム（筑波, 日本）
  • Invited
• [Presentation] A secreted mobile peptide mediates distant organ communications in drought stress response (2019)
  • Author(s): Takahashi Fuminori
  • Organizer: The all RIKEN workshop（和光, 日本）
  • Invited
• [Book] アグリバイオ (2021)
  • Author(s): 高橋 史憲, 篠崎 一雄
  • Total Pages: 104
  • Publisher: 北隆館
• [Book] バイオサイエンスとインダストリー (2020)
  • Author(s): 高橋史憲
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 一般財団法人バイオインダストリー協会