植物の病原体感染に応答した細胞死シグナルの動態解析

• Project/Area Number: 23570043
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 初谷 紀幸 北海道大学, 大学院・医学研究科, 特任助教 (90456848)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2011: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 植物 / 植物免疫 / 植物微生物相互作用 / バイオイメージング / ATP / 細胞死 / イメージング

Research Abstract

蛍光タンパク質を中心とした蛍光プローブの開発・実用化に伴い、生きた細胞や組織、生物個体が生きたままその体内で繰り広げられる生理現象を観察するいわゆる「バイオイメージング」技術が発展を遂げている。しかし、観察対象がさまざまな動植物種に広がる一方で、同時に蛍光観察に不可欠な紫外線などの励起光照射は細胞に対して毒性を示す上に、観察対象によっては強い自家蛍光や光応答性を有するといった問題が浮上している。
そこで、こうした問題を回避するべく、励起光の照射を必要としない「生物発光」を用いたバイオイメージング法の確立を試みた。化学発光タンパク質と蛍光タンパク質をハイブリッド化することにより、従来よりも10倍以上明るく光る超高輝度化学発光タンパク質「nano-lantern」を開発することに成功した。
交付申請書に記載した「研究の目的」および「研究実施計画」に従って研究を進め、23年度には蛍光ATPプローブを用いて定常状態における細胞内ATP濃度の基本的性質を解析し、細胞内ATP濃度の空間分布を明らかにした。また、非病原性細菌と病原性細菌の感染を受けた植物細胞の形態変化と細胞内ATP濃度の変化を同時にイメージングすることに成功し、ATP濃度変化と植物細胞死の関連性に関する知見を得ることができた。
上記研究を飛躍させるためにnano-lantern'を取り入れ、これまで自家蛍光や光応答の問題があるため、蛍光観察が困難であった葉緑体のイメージングに取り組んだ。具体的には、葉緑体でnano-lanternを発現する形質転換シロイヌナズナを作成し、光照射にともなう光合成反応によって生産されるATP濃度の変化を観察・計測することに成功した。これまでに得られた研究成果は、国際雑誌2報にまとめると同時に、学会や国際シンポジウム等でも発表した。

Research Products

• [Journal Article] Alternaric acid stimulates phosphorylation of His-tagged RiCDPK2, a calcium-dependent protein kinasa in potato plants. (2012)
  • Author(s): Hassan A, Okuta T, Kato M, Hatsugai N, Sano Y, Ishimori T, Okazaki K, Doullah MA, Shah MM.
  • Journal Title: Genetics and molecular research Volume: 11 Issue: 3 Pages: 2381-2389
  • DOI: 10.4238/2012.may.10.1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hatsugai N, Koldenkova VP, Imamura H, Noji H, Nagai T (2012)
  • Author(s): Hatsugai N, Koldenkova VP, Imamura H, Noji H, Nagai T
  • Journal Title: Plant. Cell Physiol Volume: 53 Issue: 10 Pages: 1768-1775
  • DOI: 10.1093/pcp/pcs119
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Luminescent proteins for high-speed single-cell and whole-body imaging (2012)
  • Author(s): Saito K, Chang YF, Horikawa K, Hatsugai N, Higuchi Y, Hashida M, Yoshida Y, Matsuda T, Arai Y, Nagai T
  • Journal Title: Nature communication Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1262-1262
  • DOI: 10.1038/ncomms2248
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of vacuole in plant cell death (2011)
  • Author(s): Hara-Nishimura I and Hatsugai N.
  • Journal Title: Cell Death and Ddifferentiation Volume: 18 Issue: 8 Pages: 1298-1304
  • DOI: 10.1038/cdd.2011.70
• [Presentation] 植物の細胞内膜系のダイナミクス (2012)
  • Author(s): 西村いくこ, 島田貴士, 初谷紀幸, 上田晴子
  • Organizer: 第25回植物脂質シンポジウム
  • Place of Presentation: 甲南大学(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-11-30
• [Presentation] 細胞死をともなう植物の免疫システム (2012)
  • Author(s): 初谷紀幸
  • Organizer: 2012年度合同シンポジウム(共催:日本生物物理学会北海道支部,日本生化学会北海道支部,北海道分子生物研究会)
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道)
  • Year and Date: 2012-11-16
• [Presentation] Real time imaging of intracellular ATP dynamics during plant immune responses (2011)
  • Author(s): Hatsugai N
  • Organizer: 第3回光イメージング国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（北海道）
• [Presentation] Hatsugai N, Imamura H, Noji N and Nagai T (2011)
  • Author(s): Close correlation between ATP level and cellular morphology during plant immune response revealed by ATP imaging at single cell level
  • Organizer: 第12回電子科学研究所国際シンポジウム
  • Place of Presentation: ガトーキングダム（北海道）
• [Presentation] 植物細胞死における細胞内ATPの動態解析 (2011)
  • Author(s): 初谷紀幸，今村博臣，野地博行，永井健治
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川）