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Elucidation of the activation mechanism of plasma membrane proton pump in stomatal opening

Research Project

Project/Area Number 20K06703
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Inoue Shin-ichiro  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (40532693)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥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植物 / 気孔開口 / 青色光 / イオン輸送 / プロテインキナーゼ / フォトトロピン / 細胞膜H+-ATPase / リン酸化 / カリウムチャネル / 青色光応答 / プロトンポンプ
Outline of Research at the Start

植物体表には、気孔とよばれる穴が無数に存在し、植物は気孔を介して光合成に必要なCO2を体内に取込む。気孔は一対の孔辺細胞に囲まれて形成され、青色光に応答して開口する。気孔が開口するには、孔辺細胞の細胞膜プロトンポンプが活性化される必要があるが、青色光がどのようにプロトンポンプを活性化するのか、その分子メカニズムが未解明である。本研究では、私達がこれまでの研究で同定していた2つの気孔開口調節因子の機能解析を通じて、孔辺細胞のプロトンポンプの活性化メカニズムを分子遺伝学的に明らかにする。この研究を通じて、気孔が太陽光のもとどのように開口し、植物の光合成と生長に貢献しているのか明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The blue-light receptor phototropin activates plasma membrane proton pump and inward-rectifying potassium channels in guard cells to induce stomatal opening. However, the activation mechanisms of these key enzymes for stomatal opening are largely unknown. In this study, we aimed to further understand the molecular mechanism of stomatal opening through the functional analysis of protein kinases that interact with phototropin and of protein that is phosphorylated in phototoropin signaling. Our study provided important findings in the regulation of activity and quantity of the key enzymes in stomatal opening.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、青色光受容体フォトトロピンの相互作用因子の機能解析を進めることで、気孔開口の鍵酵素である細胞膜プロトンポンプとカリウムチャネルの新たな制御機構を解明することができた。この成果は、気孔開口のシグナル伝達において新たな構成因子を明らかにし、開口の分子機構の理解に大きく貢献した。また、本研究の成果は将来的に、農業上重要な作物の水利用効率の改善につながる可能性を秘めている。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Minnesota(米国)

    • Related Report
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  • [Int'l Joint Research] University of Copenhagen(デンマーク)

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  • [Journal Article] A tonoplast‐localized magnesium transporter is crucial for stomatal opening in Arabidopsis under high Mg <sup>2+</sup> conditions2022

    • Author(s)
      Inoue Shin‐ichiro、Hayashi Maki、Huang Sheng、Yokosho Kengo、Gotoh Eiji、Ikematsu Shuka、Okumura Masaki、Suzuki Takamasa、Kamura Takumi、Kinoshita Toshinori、Ma Jian Feng
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 236 Issue: 3 Pages: 864-877

    • DOI

      10.1111/nph.18410

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Type 2C protein phosphatase clade D family members dephosphorylate guard cell plasma membrane H+-ATPase2021

    • Author(s)
      Akiyama Mitsumasa、Sugimoto Hodaka、Inoue Shin-ichiro、Takahashi Yohei、Hayashi Maki、Hayashi Yuki、Mizutani Miya、Ogawa Takumi、Kinoshita Daichi、Ando Eigo、Park Meeyeon、Gray William M、Kinoshita Toshinori
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 188 Issue: 4 Pages: 2228-2240

    • DOI

      10.1093/plphys/kiab571

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [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

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Raf-like kinases CBC1 and CBC2 negatively regulate stomatal opening by negatively regulating plasma membrane H+-ATPase phosphorylation.2020

    • Author(s)
      2.Hayashi M, Sugimoto H, Takahashi H, Seki M, Shinozaki K, Sawasaki T, Kinoshita T, Inoue S
    • Journal Title

      Photochemical & Photobiological Sciences

      Volume: 19 Pages: 88-98

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ダイズにおける青色光によって誘導される葉の運動の解析2023

    • Author(s)
      久保裕亮、三島梨愛、木下俊則、井上晋一郎
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
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  • [Presentation] 近位依存性標識酵素AirIDを利用した新奇気孔開口シグナル伝達因子の同定2022

    • Author(s)
      井上晋一郎
    • Organizer
      第1回PRiME共同研究発表会
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    • Invited
  • [Presentation] 新奇液胞膜型マグネシウム輸送体の気孔開口への関与2022

    • Author(s)
      井上 晋一郎、林 真妃、黄 勝、横正 健剛、後藤 栄治、池松 朱夏、奥村 将樹、鈴木 孝征、木下 俊則、馬 建鋒
    • Organizer
      日本植物生理学会年会
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  • [Presentation] 植物のMgホメオスタシス維持を調節するシグナル伝達機構の解析2021

    • Author(s)
      井上晋一郎、横正健剛、吉成晃、林真妃、後藤栄治、馬建鋒、木下俊則
    • Organizer
      日本土壌肥料学会年会
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  • [Presentation] Plant photoreceptor phototropin signaling and stomatal opening as a model case.2020

    • Author(s)
      SHin-ichiro Inoue
    • Organizer
      第58回 日本生物物理学会年会 シンポジウム「Diversity of photobiology; from molecules to organisms」
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      2020 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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