Modification of auxin receptors and mechanism of acid growth

• Project/Area Number: 20K06685
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Takahashi Koji 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (40283379)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); 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: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: オーキシン / 酸成長 / プロトンポンプ / 細胞膜H+-ATPase

Outline of Research at the Start

多彩な生理現象を仲介する植物ホルモン・オーキシンのシグナル伝達機構は比較的単純な因子で構成されているが、それぞれの構成因子は大きなタンパク質ファミリーを形成しているため、これら因子の多様な組み合わせがオーキシン作用の多様性に対応すると推察される。本研究では、オーキシンシグナル伝達因子のうち特定の組み合わせの因子のみが植物細胞内で相互作用できるように相互のタンパク質を改変する革新的な研究ツールを開発する。このツールを用いた解析によって「細胞膜H+-ATPaseの活性化を介したオーキシン誘導性胚軸伸長のメカニズム」の全貌を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

To artificially control the intracellular signal transduction of the phytohormone auxin, which mediates various physiological actions such as morphogenesis, growth regulation, and environmental response throughout the life cycle of plants, I have developed novel auxin research tools by modifying auxin receptor TIR1/AFB and the degron sequences of co-receptor Aux/IAA. In addition, I have clarified the mechanism of auxin-induced plant cell elongation (acid growth), which is a representative physiological action of auxin.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

オーキシンのシグナル伝達機構は比較的単純な因子で構成されているがそれぞれの構成因子は大きなタンパク質ファミリーを形成しているため、あるオーキシン作用がどのような因子の組み合わせで駆動されるのか詳細な機構を解析することは、従来の遺伝学的な解析では困難であった。本研究成果はその突破口を開く可能性を持っており、またさらに研究を発展させることで新たな研究ツールの開発につながると考えている。また、140年前のC.ダーウィンによる研究が端緒となったオーキシン酸成長のメカニズム解明をさらに進展させることができ、社会に与える影響も大きいと考える。

Research Products

• [Journal Article] ABP1-TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization (2022)
  • Author(s): *Friml J, Gallei M, Gelova Z, Johnson A, Mazur E, Monzer A, Rodriguez L, Roosjen M, Verstraeten I, Zivanovic BD, Zou M, Fiedler L, Giannini C, Grones P, Hrtyan M, Kaufmann WA, Kuhn A, Narasimhan M, Randuch M, Rydza N, Takahashi K, Tan S, Teplova A, Kinoshita T, Weijers D, Rakusova
  • Journal Title: Nature Volume: 609 Issue: 7927 Pages: 575-581
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05187-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cell surface and intracellular auxin signalling for H+ fluxes in root growth (2021)
  • Author(s): Li Lanxin、Verstraeten Inge、Roosjen Mark、Takahashi Koji、Rodriguez Lesia、Merrin Jack、Chen Jian、Shabala Lana、Smet Wouter、Ren Hong、Vanneste Steffen、Shabala Sergey、De Rybel Bert、Weijers Dolf、Kinoshita Toshinori、Gray William M.、Friml Ji??
  • Journal Title: Nature Volume: 599 Issue: 7884 Pages: 273-277
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04037-6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TMK-based cell-surface auxin signalling activates cell-wall acidification (2021)
  • Author(s): Lin Wenwei、Zhou Xiang、Tang Wenxin、Takahashi Koji、Pan Xue、Dai Jiawei、Ren Hong、Zhu Xiaoyue、Pan Songqin、Zheng Haiyan、Gray William M.、Xu Tongda、Kinoshita Toshinori、Yang Zhenbiao
  • Journal Title: Nature Volume: 599 Issue: 7884 Pages: 278-282
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03976-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ストレプト藻類クレブソルミディウムの細胞膜 H+-ATPase活性制御 (2023)
  • Author(s): 高橋宏二、堀孝一、太田啓之、木下俊則
  • Organizer: 第64回 日本植物生理学会 年会