Mechanisms of photosensory adaptation at the level of signaling factors in phototropism.

• Project/Area Number: 21K06211
• 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: Niigata University
• Principal Investigator: Sakai Tatsuya 新潟大学, 自然科学系, 教授 (10360554)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); 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)
• Keywords: 植物 / 光環境応答 / 光屈性 / フォトトロピン / タンパク質リン酸化 / NPH3 / 光環境感覚 / リン酸化 / 天然変性ドメイン / オーキシン / 突然変異体

Outline of Research at the Start

NPH3 のリン酸化を介した細胞内局在と機能調節の仕組みついて、本研究は以下の４つの具体的問いに答えることによって明らかにする。
① phot シグナリングにおいて、NPH3 が細胞質、細胞膜、どちらに局在することが活性化状態なのか？　② NPH3 の細胞質における凝集体形成は光順応と平行関係にあるが、因果関係があるのか？　③ NPH3リン酸化部位のアミノ酸置換体を用いた解析以外の方法によっても、図３の仮説モデルは支持されるか？　④ NPH3 は phot シグナリングの正に働く因子なのか負に働く因子なのか？

Outline of Final Research Achievements

This study tried to elucidate the function of phosphorylation modification of the phototropic signaling factor NPH3 in the phototropic responseｓ of Arabidopsis shoot hypocotyls by using molecular genetic techniques. The activation level of phot1 and the corresponding phosphorylation level of intrinsic disordered regions of NPH3 determine the reassociation rate of NPH3 on the plasma membrane. This mechanism may moderately maintain the active state of phot1 signaling across a broad range of BL intensities and contribute to the photosensory adaptation of phot1 signaling during the phototropic response in hypocotyls.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は植物の光源方向認識の分子基盤を提案する内容である。「目のない植物がどのように光源方向を認識しているのか」、さらに「植物の光屈性応答はどうして生物の光応答の中でもとりわけ光強度のダイナミックレンジが広いのか」という問いに答える内容であり、植物の光屈性応答にとどまらず、広範な生物の光環境適応機構の理解に貢献しうる知見となると考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Journal Article] Photosensory adaptation mechanisms in hypocotyl phototropism: how plants recognize the direction of a light source (2023)
  • Author(s): Haga Ken、Sakai Tatsuya
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 74 Issue: 6 Pages: 1758-1769
  • DOI: 10.1093/jxb/erad015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The phosphorylation status of NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL3 affects phot2-dependent phototropism in <i>Arabidopsis</i> (2022)
  • Author(s): Kimura Taro、Haga Ken、Sakai Tatsuya
  • Journal Title: Plant Signaling &amp; Behavior Volume: - Issue: 1
  • DOI: 10.1080/15592324.2022.2027138
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The phosphorylation status of NPH3 affects photosensory adaptation during the phototropic response. (2021)
  • Author(s): Kimura T, Haga K, Nomura Y, Higaki T, Nakagami H, Sakai T
  • Journal Title: Plant Physiol Volume: 187 Issue: 2 Pages: 981-995
  • DOI: 10.1093/plphys/kiab281
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 時計遺伝子 PRR はフォトトロピンシグナル伝達に関与する (2024)
  • Author(s): 久保田茜，Gian C Maliwat，淺海智大，金古絢音，井上祐輝，高橋望，末次憲之，酒井達也，中道範人，遠藤 求
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] シロイヌナズナ胚軸光屈性における NPH3 リン酸化調節の機能解析 (2022)
  • Author(s): 木村太郎、芳賀健、酒井達也
  • Organizer: 日本植物生理学会