有用物質生産に関わる小胞体ストレス応答の解明

• Project/Area Number: 25292220
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: National Institute of Agrobiological Sciences
• Principal Investigator: 高岩 文雄 国立研究開発法人農業生物資源研究所, 機能性作物研究開発ユニット, 研究専門員 (20370661)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000); Fiscal Year 2015: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2013: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 小胞体ストレス / 種子タンパク質 / 物質生産 / ERストレス / バイオテクノロジー / 細胞 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

小胞体ストレスによって誘導されるIRE1のヌクレアーゼ活性によりある種のストレス関連する分泌タンパク質のmRNAが分解され、小胞体ストレスの制御に関わる機構（RIDD）があることが報告されている。我々は植物の栄養組織ではある種の分泌タンパク質(感染応答タンパク質)がERストレスの過程でRIDDの制御を受けていることを明らかにしてきた。しかし、植物でのRIDDに関する詳細の分子機構はほとんど明らかにされていない。この理由は植物そのものを利用して、RIDD制御を受ける分泌タンパク質のmRNAのIREI感受性を解析するのが困難なことによる。そこでプロトプラストを用いた一過的発現による解析で、種子登熟過程で大量に分泌タンパク質として生合成される種子貯蔵タンパク質のmRNAが、RIDDによる小胞体ストレス応答により蓄積レベルの制御を受けるのかを調査した。CaMV35Sプロモーターの制御下でプロトプラスト中に発現させたイネ貯蔵タンパク質の中で16ｋDaプロラミン、10ｋDaプロラミン　26ｋDaグロブリンのｍRNAが小胞体ストレスの制御を受け、ｍRNAレベルが低下したが、グルテリンにおいては低下が観察されなかった。一方、ゲノム編集によりIRE1のヌクレアーゼ活性をなくした改変IRE1を発現したイネから由来するプトトプラストを用いた解析ではｍRNAの低下は観察されなかった。これらの結果から、一部の貯蔵タンパク質の生合成においてはRIDDを介した小胞体ストレス応答の制御をうけることを明らかになった。さらに貯蔵タンパク質のｍRNAの組換えIRE1タンパク質による切断サイトを同定し、IRE1ヌクレアーゼの基質となるRIDDのターゲットの構造を決定した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of IRE1 ribonuclease-mediated mRNA deay in plants using transient expression analysis in rice protoplasts (2016)
  • Author(s): Hayashi S, Wakasa Y, Ozawa K, Takaiwa F
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 210 Issue: 4 Pages: 1259-1268
  • DOI: 10.1111/nph.13845
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Visualization of endoplasmic reticulum stressed cells for forward genetic studies in plants (2015)
  • Author(s): Hayashi S, Takaiwa F.
  • Journal Title: J plant physiol Volume: 180 Pages: 61-66
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] RNA sequencing-mediated transcriptome analysis of rice plants in endoplasmic reticulum stress conditions (2014)
  • Author(s): Wakasa Y, Oono Y, Yazawa T, Hayashi S, Ozawa K, Handa H, Matsumoto T, Takaiwa F.
  • Journal Title: BMC Plant Biol. Volume: １４ Issue: 1 Pages: 101-101
  • DOI: 10.1186/1471-2229-14-101
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Emerging features of ER resident J-proteins in plants. (2014)
  • Author(s): Ohta M, Takaiwa F
  • Journal Title: Plant Signal Behav Volume: ９ Issue: 7 Pages: e28194-e28194
  • DOI: 10.4161/psb.28194
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cis-element of the rice PDIL2-3 promoter is responsible for inducing the endoplasmic reticulum stress response (2014)
  • Author(s): Takahashi H, Wang S, Hayashi S, Wakasa Y, Takaiwa F
  • Journal Title: J Biosci. Bioeng. Volume: 117 Issue: 5 Pages: 620-623
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.10.023
  • NAID: 110009823140
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Emerging features of ER resident J-proteins in plants (2014)
  • Author(s): Ohta M, Takaiwa F
  • Journal Title: Plant Signal Behav Volume: 10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of rice ER-ressident J-proteins reveals diversity and functional differentiation of the ER-resident Hsp70 system in plants (2013)
  • Author(s): Ohta M, Wakasa Y, Takahashi H, Hayashi S, Kudo K, Takaiwa F
  • Journal Title: J Exp Bot Volume: 64 Pages: 5429-5441
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of overexpression of kinase- or RNase-deficient OsIRE1 on the endoplasmic reticulum stress response in transgenic rice plants. (2013)
  • Author(s): Wakasa Y, Hayashi S, Takaiwa F
  • Journal Title: Plant Signal Behav Volume: 8 Issue: 9 Pages: e25343-e25343
  • DOI: 10.4161/psb.25343
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The use of rice seeds to produce human pharmaceuticals for oral therapy. (2013)
  • Author(s): Wakasa Y, Takaiwa F
  • Journal Title: Biotechnol J Volume: 8 Issue: 10 Pages: 1133-1143
  • DOI: 10.1002/biot.201300065
  • Peer Reviewed