アポプラスト環境に着目した無傷葉の気孔開閉制御機構の分子基盤の解明
| Project/Area Number |
20J00392
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
安藤 英伍 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 気孔応答 / シロイヌナズナ / 細胞膜H+-ATPase |
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| Outline of Research at the Start |
植物は気孔の開閉を通じてCO2取り込みと水分の損失を制御しており、光（青色光と赤色光）は気孔を開口させることが知られている。青色光は気孔孔辺細胞において細胞膜H+-ATPaseのリン酸化による活性化を誘導し、気孔開口の駆動力を形成することが示された。一方、赤色光は光合成依存的に気孔開口を誘導する。先行研究では、従来の実験材料である単離表皮組織に代えて葉を用いることで、赤色光による光合成依存的な孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseのリン酸化を示した。本研究では、光合成に起因する葉内環境の変化が、孔辺細胞の細胞膜H+-ATPaseへの作用を介して気孔開閉の調節に至るまでの分子機構の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の表皮に存在する気孔は、光（特に青色光および赤色光）の下で開口して光合成に必要な二酸化炭素の取り込みを促進する。一方で暗黒下や二酸化炭素濃度の上昇に際しては、植物は気孔を閉鎖して自身からの水分損失を防いでいる。気孔開口は、C末端のリン酸化制御により活性化される孔辺細胞の細胞膜H+-ATPase (以下H+-ATPase)により駆動される。光合成に起因する葉内環境の変化を通じたH+-ATPaseのリン酸化制御と気孔開閉について以下の通り研究を遂行した。
1.光合成依存的なH+-ATPaseリン酸化
前年度までに、葉肉光合成に起因する糖が孔辺細胞のH+-ATPaseのリン酸化を誘導する可能性について検討し、スクロース代謝がH+-ATPaseのリン酸化に関わる可能性が示唆された。そこで、解糖系やミトコンドリアの基質取り込み輸送体の阻害剤を用いてスクロースによるH+-ATPaseのリン酸化を阻害するかを調査した。また、スクロースによるH+-ATPaseのリン酸化が気孔開口に必要であるか、遺伝学的な解析を行った。これらの結果については未発表であるため本報告書においては割愛する。今後の学術誌への投稿に向けて現在準備中である。
2.二酸化炭素によるH+-ATPase脱リン酸化
光合成の停止に起因する葉内二酸化炭素濃度の上昇がH+-ATPaseの脱リン酸化を誘導する現象についてNew Phytologist誌へ投稿した。査読者からの意見に従い、孔辺細胞プロトプラストを用いた新奇の生化学実験を含む改訂を行い、上記雑誌に受理された（Ando et al., New Phytol. 236: 2061-2074, 2022）。本成果は東京大学よりプレスリリースも行った（https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2022/8083/）。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
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[Presentation] ディープラーニングを用いたシロイヌナズナの気孔開度自動定量技術の開発2023
Author(s)
高木 桃子, 平田 梨佳子, 相原 悠介, 林 優紀, 水谷 未耶, 安藤 英伍, 河野 (吉村) 恵美, 富山 将和, 木下 俊則, 峯 彰, 戸田 陽介
Organizer
第64回日本植物生理学会年会
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[Presentation] Ethanol-mediated survival strategy against drought stress in plants2023
Author(s)
Khurram Bashir, Daisuke Todaka, Sultana Rasheed, Akihiro Matsui, Zarnab Ahmad, Kaori Sako, Yoshinori Utsumi, Anh Thu Vu, Muneeba Siddique, Mehrooz Adana Qureshi, Maho Tanaka, Satoshi Takahashi, Junko Ishida, Yuuri Tsuboi, Shunsuke Watanabe, Yuri Kanno, Ando Eigo et al.
Organizer
第64回日本植物生理学会年会
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