水分ストレスを根から地上部へ伝えるペプチドによる長距離シグナル伝達機構の解明

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 16H01475
• 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: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 高橋 史憲 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (00462698)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 環境応答 / 植物ホルモン / 植物 / ストレス / シグナル伝達

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、乾燥ストレス応答に関わり、離れた組織をつなぐ移動性の情報伝達因子の同定とその機能解析を行った。特にアブシジン酸（ABA）合成酵素の発現を制御する低分子ペプチドをスクリーニングした。合成ペプチドを根から吸収させ、葉でのABA合成酵素NCED3の発現を解析した結果、いくつかのCLEペプチドがABA合成酵NCED3の発現を制御することを見いだした。また、このペプチドを根から吸収させると、葉でのABAの蓄積や、それに伴う気孔の閉鎖が誘導されることを明らかにした。また、プロモーターGUS法とin situ hybridization法を用いて、このペプチドは根や葉の維管束柔組織で発現していることを明らかにした。次に、CRISPR/Cas9法を用いてペプチドの遺伝子破壊変異体を作成し、乾燥ストレス条件下での様々な生理応答を解析した。その結果、ペプチド遺伝子破壊変異体では、乾燥ストレス条件下でのNCED3およびABAシグナルのマーカー遺伝子であるLEAやRD29B遺伝子の発現誘導が抑制されていることを明らかにした。さらにABA蓄積の抑制、気孔閉鎖の遅延などが観察され、最終的に乾燥ストレス耐性に弱い表現型を示すことを明らかにした。次にペプチドを葉で受容する受容体の探索を行った。様々な受容体多重変異体を作成し、乾燥ストレス誘導性を示すNCED3の発現を指標にスクリーニングを行った結果、BAM受容体の2重変異体では、NCED3の発現抑制およびABA蓄積量の低下がおこり、乾燥ストレス耐性に弱い表現型を示すことを明らかにした。さらに接木植物を作成し乾燥ストレスおよびペプチド吸収実験を行い、内在性のペプチドが乾燥ストレス依存的に根から地上部へ移動すること、BAM受容体は葉でペプチドを受容し、NCED3の発現、およびその後におこるABA蓄積、気孔の閉鎖を制御していることを明らかにした。

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

• [Journal Article] A small peptide modulates stomatal control via abscisic acid in long-distance signalling (2018)
  • Author(s): Takahashi F, Suzuki T, Osakabe Y, Betsuyaku S, Kondo Y, Dohmae N, Fukuda H, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K.
  • Journal Title: Nature Volume: 556 Issue: 7700 Pages: 235-238
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0009-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BPM-CUL3 E3 ligase modulates thermotolerance by facilitating negative regulatory domain-mediated degradation of DREB2A in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Morimoto K, Ohama N, Kidokoro S, Mizoi J, Takahashi F, Todaka D, Mogami J, Sato H, Qin F, Kim JS, Fukao Y, Fujiwara M, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 114 Issue: 40
  • DOI: 10.1073/pnas.1704189114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Overexpression of an Arabidopsis thaliana galactinol synthase gene improves drought tolerance in transgenic rice and increased grain yield in the field. (2017)
  • Author(s): Selvaraj MG, Ishizaki T, Valencia M, Ogawa S, Dedicova B, Ogata T, Yoshiwara K, Maruyama K, Kusano M, Saito K, Takahashi F, Shinozaki K, Nakashima K, Ishitani M.
  • Journal Title: Plant Biotechnology Journal Volume: 印刷中 Issue: 11 Pages: 1465-1477
  • DOI: 10.1111/pbi.12731
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Different Cold-Signaling Pathways Function in the Responses to Rapid and Gradual Decreases in Temperature. (2017)
  • Author(s): Kidokoro S, Yoneda K, Takasaki H, Takahashi F, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 29 Issue: 4 Pages: 760-774
  • DOI: 10.1105/tpc.16.00669
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ABA-unresponsive SnRK2 protein kinases regulate mRNA decay under osmotic stress in plants. (2017)
  • Author(s): Soma F, Mogami J, Yoshida T, Abekura M, Takahashi F, Kidokoro S, Mizoi J, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 3 Issue: 1 Pages: 16204-16204
  • DOI: 10.1038/nplants.2016.204
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The transcriptional cascade in the heat stress response of Arabidopsis is strictly regulated at the expression levels of transcription factors. (2016)
  • Author(s): Ohama N, Kusakabe K, Mizoi J, Zhao H, Kidokoro S, Koizumi S, Takahashi F, Ishida T, Yanagisawa S, Shinozaki K, and Yamaguchi-Shinozaki K.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 28(1) Issue: 1 Pages: 181-201
  • DOI: 10.1105/tpc.15.00435
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 乾燥ストレスにおける気孔の応答に関わるペプチドの解析 (2018)
  • Author(s): 高橋史憲、鈴木健裕、刑部祐里子、別役重之、堂前直、福田裕穂、篠崎和子、篠崎一雄
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会（札幌）
• [Presentation] オオムギ休眠種子および後熟種子の比較リン酸化プロテオーム解析 (2018)
  • Author(s): 石川慎之祐、高橋史憲、Maria Barrero J.、中神弘史、Gubler F.、篠崎一雄、梅澤泰史
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会（札幌）
• [Presentation] シロイヌナズナにおいて SnRK2タンパク質キナーゼの活性化を仲介する上流制御因子の探索 (2018)
  • Author(s): 佐藤裕太、最上惇郎、相馬史幸、佐藤花綸、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会（札幌）
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるmRNA デキャッピング活性化因子 VCSを制御する上流キナーゼの探索 (2018)
  • Author(s): 相馬史幸、最上惇郎、高橋史憲、佐藤裕太、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会（札幌）
• [Presentation] ヒメツリガネゴケのアブシシン酸応答変異体を用いたリン酸化プロテオーム解析 (2018)
  • Author(s): 原百合絵、石川慎之祐、天谷安奈、桑原真由里、高橋史憲、水門佐保、杉山直幸、石濱泰、竹澤大輔、坂田洋一、篠崎一雄、梅澤泰史
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会（札幌）
• [Presentation] シロイヌナズナのストレス応答性転写因子 DREB2A の環境条件依存的リン酸化を介した分解制御 (2018)
  • Author(s): 溝井順哉、金澤夏美、秦峰、城所聡、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会（札幌）
• [Presentation] A small peptide mediates dehydration stress responses in long-distance signaling (2018)
  • Author(s): Takahashi F., Suzuki T., Osakabe Y., Betsuyaku S., Dhomae N., Fukuda H., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K.
  • Organizer: Keystone Symposia on Molecular and Cellular Biology（Tahoe City、USA）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Analysis of novel transcription factors that activate the NCED3 gene under drought stress conditions in Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Sato H., Takasaki H., Takahashi F., Suzuki T., Iuchi S., Mitsuda N., Ohme-Takagi M., Yamaguchi-Shinozaki K., Sinozaki K.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会（札幌）
• [Presentation] Identification of a small peptide mediating drought stress responses (2017)
  • Author(s): 高橋史憲
  • Organizer: 第58回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学・（鹿児島県・鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] A mobile peptide mediates dehydration stress responses in long-distance signaling (2017)
  • Author(s): Takahashi F., Suzuki T., Osakabe Y., Betsuyaku S., Dhomae N., Fukuda H., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K.
  • Organizer: IGER International Symposium on Long-distance Signaling in Plants（Nagoya、Japan）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物がもつ、乾燥ストレスの感知メカニズム (2017)
  • Author(s): 高橋史憲、鈴木健裕、刑部祐里子、別役重之、堂前直、福田裕穂、篠崎和子、篠崎一雄
  • Organizer: アグリバイオ公開シンポジウム（東京）
  • Invited
• [Presentation] Analysis of stomatal controls under drought stress responses (2017)
  • Author(s): Takahashi F., Betsuyaku S., Fukuda H., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K.
  • Organizer: Plant Biology 2017（Hawaii、USA）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 干ばつに強い稲の実証栽培に成功 (2017)
  • Author(s): 高橋史憲
  • Organizer: アグリビジネス創出フェア2017（千葉）
  • Invited
• [Presentation] 浸透圧ストレス下におけるアブシシン酸非応答性SnRK2 を介したmRNA 分解制御 (2017)
  • Author(s): 相馬史幸、最上惇郎、吉田拓也、阿部倉緑、高橋史憲、城所聡、溝井順哉、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会（鹿児島）
• [Presentation] シロイヌナズナの低温応答におけるCAMTAファミリー転写因子の機能解析 (2017)
  • Author(s): 城所聡、米田孝志、髙﨑寛則、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会（鹿児島）
• [Presentation] ストレス応答性転写因子DREB2Aにおけるリン酸化に関する解析 (2017)
  • Author(s): 金澤夏美、溝井順哉、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会（鹿児島）
• [Presentation] 植物の高温ストレス応答の初期で働く転写因子HsfA1の活性抑制機構の解析 (2017)
  • Author(s): 大濱直彦、草壁和也、溝井順哉、趙美、城所聡、小泉慎也、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会（鹿児島）
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるプロテインキナーゼSnRK2を介した浸透圧ストレス応答を制御する新規相互作用因子の探索 (2017)
  • Author(s): 佐藤花綸、最上惇郎、相馬史幸、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会（鹿児島）
• [Presentation] Identification of a Novel Candidate Transcription Factor That Activates the NCED3 Gene Expression under Drought Stress Conditions (2017)
  • Author(s): Sato H., Takasaki H., Takahashi F., Iuchi S., Mituda N., Ohme-Takagi M., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K.
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会（鹿児島）
• [Presentation] シロイヌナズナのストレス応答性転写因子DREB2Aの翻訳後調節におけるリン酸化の解析 (2017)
  • Author(s): 溝井順哉、金澤夏美、秦峰、城所聡、高橋史憲、篠崎一雄、篠崎和子
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会（千葉）
• [Presentation] オオムギ休眠種子および後熟種子の比較リン酸化プロテオーム解析 (2017)
  • Author(s): 石川慎之祐、高橋史憲、水門佐保、Maria Barrero J.、中神弘史、Gubler F.、篠崎一雄、梅澤泰史
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会（千葉）
• [Presentation] Analysis of novel transcription activators of the NCED3 gene that regulates drought stress responses in Arabidopsis thaliana (2017)
  • Author(s): Sato H., Takasaki H., Takahashi F., Iuchi S., Mitsuda N., Ohme-Takagi M., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K.
  • Organizer: Plant Biology 2017（Hawaii、USA）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The rice overexpressed Galactinol Synthase 2 gene improves drought tolerance and grain yield in field (2017)
  • Author(s): Takahashi F., Selvaraj M.G., Ishizaki T., Valencia M., Ogawa S., Dedicova B., Ogata T., Yoshiwara K., Maruyama K., Kusano M., Saito K., Nakashima K., Ishitani M., Shinozaki K.
  • Organizer: 2017年度農理工学際連携コース発表会
• [Presentation] Abscisic acid-mediated stomatal responses via small peptide in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): 高橋史憲
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台・（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2016-11-29
  • Int'l Joint Research
• [Book] 乾燥ストレス応答において根から葉への長距離のシグナル伝達にかかわるペプチドはアブシジン酸を介して気孔の開閉を制御する (2018)
  • Author(s): 高橋史憲、篠崎一雄
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 ライフサイエンス統合データベースセンター
• [Book] 植物が乾燥を防ごうとするしくみを解明！ (2018)
  • Author(s): 高橋史憲、篠崎一雄
  • Total Pages: 1
  • Publisher: ニュートンプレス
• [Book] 乾燥に強くなる植物ペプチドを発見 (2018)
  • Author(s): 高橋史憲
  • Total Pages: 1
  • Publisher: フジサンケイビジネスアイ