Signaling pathway in light-induced stomatal opening

• Project/Area Number: 20H00468
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 木下 俊則 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (50271101)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥45,110,000 (Direct Cost: ¥34,700,000、Indirect Cost: ¥10,410,000); Fiscal Year 2020: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
• Keywords: 植物 / 気孔 / 光 / アブシシン酸 / 光合成 / 環境応答 / 細胞膜プロトンポンプ / 化合物 / シグナル伝達 / 成長

Outline of Research at the Start

植物の表皮に存在する気孔は、光合成に必要な二酸化炭素の唯一の取り入れ口であり、刻々と変動する環境に応答してその開度を調節している。気孔は、光に応答して開口し、ガス交換を促進する。本提案では、光に応答した気孔開口の分子機構を、生理学的・遺伝学的手法やケミカルジェネティクス（化学遺伝学的手法）を駆使して解明する。

Outline of Annual Research Achievements

地球上最大の代謝反応である光合成は人類生存の基盤であり、農作物を提供するのみならず、二酸化炭素を吸収する一方、酸素を産出して地球環境を整えている。植物の表皮に存在する気孔は、植物固有の代謝反応である光合成に必要な二酸化炭素の唯一の取り入れ口であり、刻々と変動する環境に応答してその開度を調節している。気孔を構成する一対の孔辺細胞は、光に応答して気孔を開口させ、ガス交換を促進し、一方、乾燥ストレスに曝されると、植物ホルモン・アブシシン酸に応答して気孔を閉鎖し、植物からの水分損失を防いでいる。これまでの申請者らの研究により、孔辺細胞では、青色光や赤色光に応答して細胞膜プロトンポンプがリン酸化により活性化され、気孔開口の駆動力を形成することなど、気孔開口の重要な分子機構の一端が明らかとなってきた。
本研究では、植物の成長・生存に極めて重要な光による気孔開口のシグナル伝達の分子機構を、研究代表者のこれまでに培ってきた技術・経験を生かした生理・生化学的手法やケミカルバイオロジーを駆使して明らかにすることを目的として研究を進めてきた。また、気孔開口のキーエンザイムである細胞膜プロトンポンプ活性化の分子機構について、特にリン酸化に関わる因子の解析に主眼をおき進めてきた。さらに、気孔開度に影響を与える化合物の同定を目的としたケミカルスクリーニングを進め、強力に気孔開度に影響を与える化合物を続々と同定し、その機能解析を進めてきた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 南京農業大学(中国)
• [Int'l Joint Research] ミネソタ大学/ペンシルバニア大学(米国)
• [Journal Article] Phototropin 2 contributes to the chloroplast avoidance response at the chloroplast-plasma membrane interface (2020)
  • Author(s): Ishishita K, Higa T, Tanaka H, Inoue S, Chung A, Ushizima T, Matsushita T, Kinoshita T, Nakai M, Wada M, Suetsugu N, Gotoh E
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: in press Issue: 1 Pages: 59-59
  • DOI: 10.1104/pp.20.00059
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CIPK23 regulates blue light-dependent stomatal opening in Arabidopsis thaliana. (2020)
  • Author(s): 1.Inoue S, Kaiserli E, Zhao X, Waksman T, Takemiya A, Okumura M, Takahashi H, Seki M, Shinozaki K, Endo Y, Sawasaki T, Kinoshita T, Zhang X, Christie JM, Shimazaki K
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 104 Issue: 3 Pages: 679-692
  • DOI: 10.1111/tpj.14955
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DNA methylation is reconfigured at the onset of reproduction in rice shoot apical meristem (2020)
  • Author(s): Higo Asuka、Saihara Noriko、Miura Fumihito、Higashi Yoko、Yamada Megumi、Tamaki Shojiro、Ito Tasuku、Tarutani Yoshiaki、Sakamoto Tomoaki、Fujiwara Masayuki、Kurata Tetsuya、Fukao Yoichiro、Moritoh Satoru、Terada Rie、Kinoshita Toshinori、Ito Takashi、Kakutani Tetsuji、Shimamoto Ko、Tsuji Hiroyuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17963-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stomatal immunity against fungal invasion comprises not only chitin-induced stomatal closure but also chitosan-induced guard cell death (2020)
  • Author(s): Ye Wenxiu、Munemasa Shintaro、Shinya Tomonori、Wu Wei、Ma Tao、Lu Jiang、Kinoshita Toshinori、Kaku Hanae、Shibuya Naoto、Murata Yoshiyuki
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 117 Issue: 34 Pages: 20932-20942
  • DOI: 10.1073/pnas.1922319117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Remarks] 植物生理学グループwebページ
  • URL: http://plantphys.bio.nagoya-u.ac.jp/