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Functional differentiation of phytochrome molecular species

Research Project

Project/Area Number 20K06705
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 InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Nagatani Akira  京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (40183082)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsフィトクロム / 分子種 / 舌構造 / N-PASドメイン / 光感度調節 / 避陰応答抑制 / 植物進化 / 野外光環境 / 温度応答 / 避陰応答 / FR高照射反応
Outline of Research at the Start

植物の主要な光受容体フィトクロムにはAとBという機能が大きく異なる分子種が存在する。植物は進化の過程で、両者のアミノ酸配列の一部を変化させ、この機能分担を実現した。しかしながら、具体的にどのアミノ酸残基がどのように機能分化に寄与しているかは分かっていない。本研究では、フィトクロムAとBの中間の分子を様々設計し、それらを遺伝子導入植物で発現させ機能を評価することで、この謎の解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Phytochrome is a plant photoreceptor regulating a wide range of physiological processes. PhyA and phyB are two major molecular species of phytochrome, which share similar structures but respond to light quite differently.
By analyzing hybrid molecules between phyA and phyB, we have identified a few amino acid residues that are critical to determine the light sensitivity of phytochrome. A phylogenetic analysis inferred that modification of these residues occurred after branching of angiosperm plants. In addition, we have found that the phyA N-PAS domain confers responsiveness to continuous light irradiation independent of the Pr/Pfr spectral states.
These findings proved deeper insights into how plants cope with environmental changes by modifying the structure of sensor molecules. The knowledge would help to develop various applications of phytochrome.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物は光環境を感知し適切に応答する能力を発達させてきた。本研究により、植物特有の光受容体であるフィトクロム分子において、そのアミノ酸配列を一部変換するだけで例えば光感度などの性質を大きく変化させることができることが示された。この結果は、進化的、生態学的側面から興味深いだけでなく、フィトクロム分子を植物生産向上に応用する上でも、またフィトクロム分子を光受容体として取り出して利用する上でも重要な知見である。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Divergence in red light responses associated with thermal reversion of PHYTOCHROME B between high‐ and low‐latitude species2021

    • Author(s)
      Ikeda Hajime、Suzuki Tomomi、Oka Yoshito、Gustafsson A. Lovisa S.、Brochmann Christian、Mochizuki Nobuyoshi、Nagatani Akira
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: - Issue: 1 Pages: 75-84

    • DOI

      10.1111/nph.17381

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 野外に生育するハクサンハタザオの光応答の季節性2023

    • Author(s)
      長谷あきら、伊東杏花里、杉阪次郎、本庄三恵 、工藤洋
    • Organizer
      日本植物学会第87回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ハクサンハタザオが野外で経験する光環境変動とそれに対する応答2022

    • Author(s)
      長谷あきら、伊東杏花里、杉坂次郎、本庄三惠 、工藤洋
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会 2022年9月17-19日、京都府立大学
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Suppression of the shade avoidance response by the N-PAS domain of phyA2022

    • Author(s)
      Kanako Shinohara, Nobuyoshi Mochizuki, Tomomi Suzuki
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会、つくば (オンライン)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] The Origin of the Phytochrome A Functions2021

    • Author(s)
      Akira Nagatani, Misato Kikuchi, Yukiko Yoshikawa, Kanako Shinohara, Tomomi Suzuki, Nobuyoshi Mochizuki
    • Organizer
      19th Congress of the European Society for Photobiology、Salzburg (on line)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] フィトクロムが相分離して形成される細胞質と核のphotobody2020

    • Author(s)
      長谷あきら
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻植物学系植物生理学分科年報

    • URL

      http://www.biol.sci.kyoto-u.ac.jp/botany/annual/b1_seiri_2021/

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 京都大学大学院理学研究科 長谷研ホームページ

    • URL

      http://physiol2.bot.kyoto-u.ac.jp/HP3/

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 京都大学大学院理学研究科 生物科学専攻植物学教室ホームページ

    • URL

      http://www.bot.kyoto-u.ac.jp/j/1_seiri.html

    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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