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A novel oxygen-dependent plant two-component regulatory system - from an evolutionary perspective.

Research Project

Project/Area Number 19K06779
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 45010:Genetics-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Aoki Setsuyuki  名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (30283469)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords多段階リン酸リレー / 概日時計 / 低酸素応答 / ヒスチジンキナーゼ / PASドメイン / ヒメツリガネゴケ / 時計タンパク質 / 糖代謝 / 植物の進化 / シグナル伝達系 / 二分子蛍光補完法 / Per-Arnt-Sim(PAS)ドメイン / 二成分制御系 / ヒスチジン含有リン酸転移因子 / 進化
Outline of Research at the Start

蘚類ヒメツリガネゴケのヒスチジンキナーゼ、PAS-Histidine Kinase1(PHK1)とそのパラログPHK2は酸素濃度依存的に茎葉体の発生を制御する。PHK1/2は、植物では起源の古い系統のみがホモログを持つため、植物進化解明の手掛りとして有望である。本研究ではPHK1/2によるシグナル伝達を次のように解明する:1)リン酸転移の相棒因子と、出力担当の下流因子群を同定し;2)植物ホルモン信号伝達系との相互作用を解明し;3)PHK1/2が酸素を受容する可能性を検証する。これらの成果を植物関連のゲノム/機能情報と対照させ、植物進化におけるPHK1/2と関連因子の役割に迫る。

Outline of Final Research Achievements

I have studied two PAS-histidine kinases (PHK1/2) and their downstream multi-step phosphorelay pathway in the moss Physcomitrium patens, and obtained the following results: (i)PHK1/2 interact with intermediate factors HPt1/2 in the nucleus, and upon red light irradiation, those distributions expanded to the nucleocytoplasm; (ii)HPt1/2 interact with "circadian clock" proteins PRR1~3 in the nucleus; (iii)PHK1/2 is diurnally regulated and they are localized and interact with HPt1/2 in the nucleus at night and in the nucleocytoplasm during the day; (iv) PHK1/2 regulate transcription of downstream genes, e.g., those related to the circadian clock and sugar metabolism. Thus, we have unveiled a unique and novel eukaryotic MSP pathway in this study.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

PHK1とPHK2は低酸素環境化でコケ植物の生育を制御する因子です。この研究では、PHK1/PHK2に始まる細胞内の情報伝達の仕組みを研究しました。その結果、PHK1/PHK2は、中継因子を介して、体内時計の部品であるタンパク質の一部に情報を伝達し、さらに、体内時計の部品タンパク質をコードする遺伝子群や、また糖の代謝に関係する遺伝子群の転写レベルを制御することを明らかにしました。これにより、植物が低酸素環境や日内変動する環境に適応する仕組みの理解がすすみ、将来的には冠水条件や高地の低酸素条件でも効果的に生育する農作物の開発等につながると期待できます。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Red light-regulated interaction of Per-Arnt-Sim histidine kinases with partner histidine-containing phosphotransfer proteins in Physcomitrium patens2021

    • Author(s)
      Anami S, Yamashino T, Suzuki R, Nakai K, Sato K, Wu B, Ryo M, Sugita M, Aoki S.
    • Journal Title

      Genes Cells

      Volume: 26 Issue: 9 Pages: 698-713

    • DOI

      10.1111/gtc.12878

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ヒメツリガネゴケのPASヒスチジンキナーゼの解析2021

    • Author(s)
      鈴木遼、山篠貴史、菊地陽貴、阿南秀、龍昌志、中井皐太、佐藤健介、杉田護、青木摂之
    • Organizer
      日本植物学会第85回大会
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      菊地陽貴、山篠貴史、鈴木遼、阿南秀、龍昌志、杉田護、青木摂之
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      日本植物学会第85回大会
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      日本植物学会第85回大会
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      山本祐莉、松尾拓哉、中井皐太、中野侑希、崔鶴宇、鈴木智紀、片山琉太、渡邉智基、冨田航、大塚徹寛、青木摂之
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      日本植物学会第85回大会
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      中井皐太、松尾拓哉、片山琉太、中野侑希、山本祐莉、崔鶴宇、鈴木智紀、渡邉智基、青木摂之
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      第62回日本植物生理学会年会
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      鈴木遼、山篠貴史、阿南秀、龍昌志、中井皐太、呉博文、菊地陽貴、杉田護、青木摂之
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      第62回日本植物生理学会年会
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      片山琉太、松尾拓哉、山本祐莉、冨田航、大塚徹寛、渡邉智基、中野侑希、青木摂之
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      第62回日本植物生理学会年会
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      渡邉智基、松尾拓哉、冨田航、大塚徹寛、中野侑希、山本祐莉、青木摂之
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ヒメツリガネゴケのPAS-Histidine Kinaseの解析2020

    • Author(s)
      阿南秀、山篠貴史、鈴木遼、龍昌志、中井皐太、佐藤健介、杉田護、青木摂之
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会
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      龍昌志,山篠貴史,佐藤健介,阿南秀,中井皐太,野本友司,青木摂之
    • Organizer
      日本遺伝学会第91回大会
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  • [Remarks] 青木研website

    • URL

      https://sites.google.com/view/aoki-lab/home

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  • [Remarks] 青木研ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/aoki-lab/home

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  • [Remarks] https://sites.google.com/view/aoki-lab/home

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-12-25  

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