細胞膜ナノドメインを基軸とする植物免疫経路の解明

• Project/Area Number: 20K05966
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 長野 稔 立命館大学, 生命科学部, 講師 (80598251)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: スフィンゴ脂質 / 細胞膜 / ナノドメイン / シロイヌナズナ / 免疫 / 植物免疫

Outline of Research at the Start

細胞膜にはナノドメインと呼ばれる、特殊で微小な領域が点在している。これまでにナノドメインが植物免疫に関与することが示唆されてきたが、具体的な機能は未解明であった。我々はナノドメインが減少したシロイヌナズナ変異体を用いることにより、植物免疫の主要な経路を担うタンパク質の複数がナノドメイン上に存在することを見出した。本研究では、同定したタンパク質とナノドメインの関係や、それらタンパク質を介した経路におけるナノドメインの機能を明らかにすることにより、ナノドメインが制御する植物免疫機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、細胞膜ナノドメインが制御する植物免疫経路を特定し、病害抵抗性におけるナノドメインの重要性を明らかにすることである。細胞膜にはスフィンゴ脂質やステロールを主要構成脂質とするナノドメイン領域が点在する。ナノドメインはタンパク質の活性や相互作用を制御することにより、植物免疫を含む多様な生理機能に関与することが示唆されているが、ナノドメインの役割については未だ多くの謎が残されている。これまでに、スフィンゴ脂質の2-ヒドロキシ脂肪酸が植物のナノドメイン形成の鍵となることを見出し、その合成酵素FAH1とFAH2の二重変異体fah1fah2においてナノドメインが減少することを明らかにしている。また、主要な免疫タンパク質がナノドメインに局在することも生化学的に示している。さらに、病害応答時にナノドメインの分布が変化することを明らかにしている。本年度は、ナノドメインが表層微小管によって組織化されることを、イメージング解析により明らかにした。また、ナノドメインの病害応答時の動態変化も、表層微小管の動態と連動している可能性が示唆された。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ボルドー大学/フランス国立科学研究センター(フランス)
• [Journal Article] NAC domain transcription factors VNI2 and ATAF2 form protein complexes and regulate leaf senescence (2023)
  • Author(s): Nagahage Isura Sumeda Priyadarshana、Matsuda Kohei、Miyashita Kyoko、Fujiwara Sumire、Mannapperuma Chanaka、Yamada Takuya、Sakamoto Shingo、Ishikawa Toshiki、Nagano Minoru、Ohtani Misato、Kato Ko、Uchimiya Hirofumi、Mitsuda Nobutaka、Kawai‐Yamada Maki、Demura Taku、Yamaguchi Masatoshi
  • Journal Title: Plant Direct Volume: 7 Issue: 9
  • DOI: 10.1002/pld3.529
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MHP1 and MHL generate odd-chain fatty acids from 2-hydroxy fatty acids in sphingolipids and are related to immunity in Arabidopsis thaliana (2023)
  • Author(s): Ushio Marina、Ishikawa Toshiki、Matsuura Takakazu、Mori Izumi C.、Kawai-Yamada Maki、Fukao Yoichiro、Nagano Minoru
  • Journal Title: Plant Science Volume: 336 Pages: 111840-111840
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2023.111840
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Zinc deficiency‐induced defensin‐like proteins are involved in the inhibition of root growth in <i>Arabidopsis</i> (2023)
  • Author(s): Kimura Sachie、Vaattovaara Aleksia、Ohshita Tomoya、Yokoyama Kotomi、Yoshida Kota、Hui Agnes、Kaya Hidetaka、Ozawa Ai、Kobayashi Mami、Mori Izumi C.、Ogata Yoshiyuki、Ishino Yoko、Sugano Shigeo S.、Nagano Minoru、Fukao Yoichiro
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 115 Issue: 4 Pages: 1071-1083
  • DOI: 10.1111/tpj.16281
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Loss of peroxisomal NAD kinase 3 (NADK3) affects photorespiration metabolism in Arabidopsis (2023)
  • Author(s): Shota Suzuki, Daimu Tanaka, Atsuko Miyagi, Kentaro Takahara, Masaru Kono, Chaomurilege, Ko Noguchi, Toshiki Ishikawa, Minoru Nagano, Masatoshi Yamaguchi, Maki Kawai-Yamada
  • Journal Title: Journal of Plant Physiology Volume: 283 Pages: 153950-153950
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2023.153950
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sphingolipids with 2-hydroxy fatty acids aid in plasma membrane nanodomain organization and oxidative burst (2022)
  • Author(s): Ukawa Tomomi、Banno Fumihiko、Ishikawa Toshiki、Kasahara Kota、Nishina Yuuta、Inoue Rika、Tsujii Keigo、Yamaguchi Masatoshi、Takahashi Takuya、Fukao Yoichiro、Kawai-Yamada Maki、Nagano Minoru
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: - Issue: 2 Pages: 839-857
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac134
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biophysical analysis of the plant-specific GIPC sphingolipids reveals multiple modes of membrane regulation (2021)
  • Author(s): Mamode Cassim Adiilah、Navon Yotam、Gao Yu、Decossas Marion、Fouillen Laetitia、Grelard Axelle、Nagano Minoru、Lambert Olivier、Bahammou Delphine、Van Delft Pierre、Maneta-Peyret Lilly、Simon-Plas Francoise、Heux Laurent、Jean Bruno、Fragneto Giovanna、Mortimer Jenny C.、Deleu Magali、Lins Laurence、Mongrand Sebastien
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: - Pages: 100602-100602
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100602
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of Arabidopsis lines with a red fluorescent marker for endoplasmic reticulum using a tail-anchored protein cytochrome b5 -B (2020)
  • Author(s): Nagano Minoru、Ueda Haruko、Fukao Yoichiro、Kawai-Yamada Maki、Hara-Nishimura Ikuko
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 15 Issue: 9 Pages: 1790196-1790196
  • DOI: 10.1080/15592324.2020.1790196
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An Arabidopsis NAC domain transcription factor, ATAF2, promotes age‐dependent and dark‐induced leaf senescence (2020)
  • Author(s): Nagahage Isura Sumeda Priyadarshana、Sakamoto Shingo、Nagano Minoru、Ishikawa Toshiki、Mitsuda Nobutaka、Kawai‐Yamada Maki、Yamaguchi Masatoshi
  • Journal Title: Physiologia Plantarum Volume: 170 Issue: 2 Pages: 299-308
  • DOI: 10.1111/ppl.13156
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] MAIGO3は小胞体ドメインER exit siteとゴルジ体の相互作用に関与する (2024)
  • Author(s): 高木純平、高橋英之、長野稔、守屋健太、深尾陽一朗、上田晴子、田村謙太郎、嶋田知生、西村いくこ
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
• [Presentation] スフィンゴ脂質は植物の低ホウ素耐性に重要である (2023)
  • Author(s): 松井詩倫、小宮山梨菜、安井碧、松浦智哉、石川寿樹、竹中悠人、石水毅、川合真紀、深尾陽一朗、長野稔
  • Organizer: ホウ素栄養研究会2023
• [Presentation] Dynamics of plasma membrane nanodomains during disease response in Arabidopsis thaliana (2023)
  • Author(s): Takayama S, Fukao Y, Nagano M
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MHP1 and MHL generate odd-chain fatty acids from 2-hydroxy fatty acids in sphingolipids and are related to immunity in Arabidopsis thaliana (2023)
  • Author(s): Ushio M, Ishikawa T, Matsuura T, Mori IC, Kawai-Yamada M, Fukao Y, Nagano M
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Defensin-like proteins induced by zinc deficiency are involved in Arabidopsis root elongation (2023)
  • Author(s): Kimura S, Vaattovaara A, Kaya H, Kobayashi M, Mori IC, Nagano M, Fukao Y
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MAIGO3-dependent mechanism underlying dynamic capture-and-release process of ER exit sites by Golgi stacks in Arabidopsis (2023)
  • Author(s): Takagi J, Takahashi H, Nagano M, Kimori Y, Fukao Y, Ueda H, Tamura K, Shimada T, Hara-Nishimura I
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MAIGO3-mediated capture-and-release of ER exit sites facilitates protein transport from ER to Golgi stacks in Arabidopsis (2023)
  • Author(s): Takagi J, Takahashi H, Nagano M, Moriya K, Fukao Y, Ueda H, Tamura K, Shimada T, Hara-Nishimura I
  • Organizer: TJPB2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of plastids in zinc-deficient Arabidopsis roots (2023)
  • Author(s): Hayashi R, Nagano M, Fukao Y
  • Organizer: TJPB2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 病害応答時におけるシロイヌナズナ細胞膜ナノドメインの動態解析 (2023)
  • Author(s): 高山紗季、深尾陽一朗、長野稔
  • Organizer: 日本植物学会第87回大会
• [Presentation] 亜鉛欠乏したシロイヌナズナ根端に観察されるプラスチドの生理的意義の解明 (2023)
  • Author(s): 林竜史、長野稔、深尾陽一朗
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
• [Presentation] 植物の低ホウ素耐性におけるスフィンゴ脂質の機能 (2023)
  • Author(s): 長野稔、松井詩倫、小宮山梨菜、安井碧、松浦智哉、石川寿樹、竹中悠人、石水毅、川合真紀、深尾陽一朗
  • Organizer: 第8回植物の栄養研究会
• [Presentation] 亜鉛欠乏した植物の根におけるデンプンの蓄積誘導 (2023)
  • Author(s): 林竜史、長野稔、深尾陽一朗
  • Organizer: 第8回植物の栄養研究会
• [Presentation] シロイヌナズナの根においてCEPR1が亜鉛恒常性維持に果たす機能の解明 (2023)
  • Author(s): 城ノ下元毅、山口雄司、長野稔、深尾陽一朗
  • Organizer: 第8回植物の栄養研究会
• [Presentation] なぜ亜鉛欠乏したシロイヌナズナの根においてデンプンが溜まるのか (2023)
  • Author(s): 林竜史、長野稔、深尾陽一朗
  • Organizer: 2023年ニガウリの会
• [Presentation] スフィンゴ脂質から紐解く植物の生体膜機能 (2022)
  • Author(s): 長野稔
  • Organizer: 立命館大学生物資源研究センター×R-GIRO「気候変動に対応する生命圏科学の基盤創生」プロジェクト共催シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] シロイヌナズナの病害応答時における細胞膜ナノドメイン動態の解析 (2022)
  • Author(s): 高山紗季、深尾陽一朗、長野稔
  • Organizer: 日本植物学会第86回大会
• [Presentation] 病害応答時におけるシロイヌナズナ細胞膜ナノドメインの動態イメージング (2022)
  • Author(s): 高山紗季、深尾陽一朗、長野稔
  • Organizer: 第34回植物脂質シンポジウム
• [Presentation] グルコシルセラミドは低ホウ素条件下における植物の生育に重要である (2022)
  • Author(s): 長野稔、小宮山梨菜、安井碧、松浦智哉、石川寿樹、竹中悠人、石水毅、川合真紀、深尾陽一朗
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
• [Presentation] スフィンゴ脂質は低ホウ素条件下におけるシロイヌナズナの生長に関与する (2021)
  • Author(s): 長野稔、小宮山梨菜、安井碧、松浦智哉、石川寿樹、竹中悠人、石水毅、川合真紀、深尾陽一朗
  • Organizer: 第33回植物脂質シンポジウム
• [Presentation] 植物スフィンゴ脂質が関わる多様な生理学的機能 (2021)
  • Author(s): 長野稔
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 低ホウ素条件下における植物スフィンゴ脂質の機能 (2021)
  • Author(s): 長野稔、小宮山梨菜、安井碧、松浦智哉、石川寿樹、竹中悠人、石水毅、川合真紀、深尾陽一朗
  • Organizer: 植物の栄養研究会第6回交流会
• [Presentation] 植物ナノドメインの機能解明を目指した可視化プローブの開発 (2020)
  • Author(s): 長野稔
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
  • Invited
• [Presentation] 植物スフィンゴ脂質が制御する病害抵抗性機構 (2020)
  • Author(s): 長野稔
  • Organizer: 第62回日本脂質生化学会
  • Invited
• [Remarks]
  • URL: https://fukaoyoichirolab.wixsite.com/rits