Light-regulated modulation of protein subcellular localization

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 16H01470
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 松下 智直 九州大学, 農学研究院, 准教授 (20464399)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2017: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2016: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: フィトクロム / 植物 / 遺伝子発現制御 / 光受容体 / 光シグナル伝達 / 環境応答 / 光生理学

Outline of Annual Research Achievements

植物の主要な光受容体フィトクロムは、専ら標的遺伝子の転写量を制御することでシグナルを伝達すると考えられていたが、我々は最近、フィトクロムが転写量制御に加え、ゲノムワイドに2,000を超える遺伝子の転写開始点を変化させることにより、mRNAの5’末端の長さを制御し、その結果、数百という数のタンパク質の細胞内局在が光依存的に変化することを発見した。ここで興味深いことに、フィトクロムにより転写開始点の制御を受ける遺伝子のほとんどは、転写量（mRNAの総量）を一定に保ったまま、異なる複数の転写開始点の使用頻度をフィトクロムシグナルに応じて変化させるが、その分子機構は不明である。
本年度は、フィトクロムの転写開始点制御による光依存的なタンパク質の細胞内局在変化に異常を示す変異体をさらに多数単離し、それらについてさらに解析を進めた。また、2,000以上の標的遺伝子のプロモーター領域に濃縮される塩基配列を情報科学的に解析することにより、当該制御に関わるシス配列を同定した。そしてこれらの解析結果を組み合わせることで、フィトクロムによる転写開始点制御の分子機構についてモデルを構築した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Academia Sinica(Taiwan)
• [Int'l Joint Research] KAIST(韓国)
• [Int'l Joint Research] Lancaster University(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Lausanne(Switzerland)
• [Int'l Joint Research] Academia Sinica(Taiwan)
• [Int'l Joint Research] KAIST(韓国)
• [Int'l Joint Research] Lancaster University(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Lausanne(Switzerland)
• [Journal Article] Palisade cell shape affects the light-induced chloroplast movements and leaf photosynthesis (2018)
  • Author(s): Gotoh, E., N. Suetsugu, T. Higa, T. Matsushita, H. Tsukaya and M. Wada
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1472-1472
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19896-9
  • NAID: 120006394740
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Light controls protein localization through phytochrome-mediated alternative promoter selection (2017)
  • Author(s): Ushijima T, Hanada K, Gotoh E, Yamori W, Kodama Y, Tanaka H, Kusano M, Fukushima A, Tokizawa M, Yamamoto YY, Tada Y, Suzuki Y, and Matsushita T
  • Journal Title: Cell Volume: 171 Issue: 6 Pages: 1316-1325
  • DOI: 10.1016/j.cell.2017.10.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Negative phototaxis in M. incognita (2017)
  • Author(s): Oota M, Gotoh E, Endo M, Ishida T, Matsushita T, and Sawa S
  • Journal Title: International Journal of Biology Volume: 9 Issue: 3 Pages: 12-16
  • DOI: 10.5539/ijb.v9n3p51
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Light controls protein localization through phytochrome-mediated alternative promoter selection (2018)
  • Author(s): Tomonao Matsushita
  • Organizer: International Symposium on Plant Photobiology 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Light controls protein localization through phytochrome-mediated selection of transcription start sites (2017)
  • Author(s): Tomonao Matsushita
  • Organizer: 8th Asia and Oceania Conference on Photobiology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Phytochrome globally modulates protein localization in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Tomonao Matsushita
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • Int'l Joint Research / Invited