コケ植物を用いたABA、低温および浸透圧応答の統合的制御に関する基礎研究

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 18H04774
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 竹澤 大輔 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20281834)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2019: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: コケ植物 / アブシシン酸 / 情報伝達 / プロテインキナーゼ / 環境ストレス / ABA / 浸透圧 / 低温 / 植物 / 環境 / 乾燥

Outline of Annual Research Achievements

1) B3-RafプロテインキナーゼARK活性に必須であるSer1029のリン酸化について、リン酸化に特異的な抗体を用い、ABI1オルソログPpABI1遺伝子の欠損株ppabi1におけるリン酸化の変化を解析した。ppabi1株では、野生株と比べABA処理時のSnRK2活性が増大する一方、ARKのSer1029リン酸化には大きな変化がなかった。また、ABA非存在下ではSer1029リン酸化は低いレベルにあり、PP2C-Aに依存しない負の制御機構があることが示唆された。そこでppabi1 ark株を確立し、ABA応答の表現型を解析した結果、成長観察、遺伝子発現、ストレス耐性の全てにおいてark株と同様のABA非感受性を示した。これらのことから、PP2C-AによるABA応答の負の制御はARKによるSnRK2のリン酸化の下流で働いていることが示唆された。
2) ゼニゴケABA低感受性asa1変異株の全ゲノム解析から、asa1においてETR遺伝子の一つが欠損していることが明らかとなった。このETR遺伝子をゲノム編集により破壊すると、植物はABA低感受性を示した。ヒメツリガネゴケにおいてもETR遺伝子の四重変異株はABA非感受性を示した。ARKの抗リン酸化抗体を用いた実験ではETR四重変異株においてARKが活性化できないことが明らかとなり、ETRがARKの活性化に必須であることが示唆された。
3) シロイヌナズナB3-RafキナーゼAtARK1-AtARK3の三重変異株では、気孔閉鎖などのABA応答と高浸透圧応答的な遺伝子発現が低下していることが明らかとなっている。この三重変異株ではgroup III SnRK2の高浸透圧による活性化が低下しており、AtARK1-AtARK3が被子植物においてもSnRK2の活性化に関わることが示唆された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] SNF1-related protein kinase 2 directly regulate group C Raf-like protein kinases in abscisic acid signaling (2020)
  • Author(s): Kamiyama Yoshiaki、Hirotani Misaki、Ishikawa Shinnosuke、Minegishi Fuko、Katagiri Sotaro、Takahashi Fuminori、Nomoto Mika、Ishikawa Kazuya、Kodama Yutaka、Tada Yasuomi、Takezawa Daisuke、Peck Scott C.、Shinozaki Kazuo、Umezawa Taishi
  • Journal Title: biorxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.02.04.933978
  • Open Access
• [Journal Article] SnRK2 protein kinases represent an ancient system in plants for adaptation to a terrestrial environment (2019)
  • Author(s): Shinozawa Akihisa、Otake Ryoko、Takezawa Daisuke、Umezawa Taishi、Komatsu Kenji、Tanaka Keisuke、Amagai Anna、Ishikawa Shinnosuke、Hara Yurie、Kamisugi Yasuko、Cuming Andrew C.、Hori Koichi、Ohta Hiroyuki、Takahashi Fuminori、Shinozaki Kazuo、Hayashi Takahisa、Taji Teruaki、Sakata Yoichi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 2 Issue: 1 Pages: 30-30
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0281-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Archetypal Roles of an Abscisic Acid Receptor in Drought and Sugar Responses in Liverworts (2018)
  • Author(s): Jahan Akida、Komatsu Kenji、Wakida-Sekiya Mai、Hiraide Mayuka、Tanaka Keisuke、Ohtake Rumi、Umezawa Taishi、Toriyama Tsukasa、Shinozawa Akihisa、Yotsui Izumi、Sakata Yoichi、Takezawa Daisuke
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 179 Issue: 1 Pages: 317-328
  • DOI: 10.1104/pp.18.00761
• [Journal Article] Mechanisms Underlying Freezing and Desiccation Tolerance in Bryophytes (2018)
  • Author(s): Takezawa Daisuke
  • Journal Title: Adv Exp Med Biol. Volume: 1081 Pages: 167-187
  • DOI: 10.1007/978-981-13-1244-1_10
  • ISBN: 9789811312434, 9789811312441
• [Presentation] Positive and negative control of abscisic acid signaling by Raf-like protein kinase and group A PP2C. (2019)
  • Author(s): Islam M, Hiraide M, Inoue T, Umezawa T, Sakata Y and Takezawa D
  • Organizer: Marchantia Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of endogenous abscisic acid (ABA) in responses to sugar and hyperosmosis in Marchantia polymorpha. (2019)
  • Author(s): Khatun N, Furuno H, Takahashi K and Takezawa D
  • Organizer: Marchantia Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Group B3 Raf-like MAPKKK regulates abscisic acid response in liverworts. (2019)
  • Author(s): Jahan A, Sakata Y, Iwamatsu M and Takezawa D
  • Organizer: Marchantia Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cold-induced accumulation of Raf-like protein kinase and its phosphorylation critical for freezing tolerance in the moss Physcomitrella patens. (2018)
  • Author(s): Takezawa D, Mhiraide M, Khatun N, Inoue T, Kuwata K, Umezawa T and Sakata Y
  • Organizer: 11th International Plant Cold Hardiness Seminar
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Control of abscisic acid (ABA) response by Raf-like protein kinase ARK in Physcomitrella patens (2018)
  • Author(s): Hiraide M, Ishizaki Y, Kuwata K, Saruhashi M, Sakata Y, Umezawa T, Takezawa D
  • Organizer: 6th Plant Dormancy Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Screening of protonemata of the moss Physcomitrella patens for analysis of genes affecting abscisic acid-induced growth inhibition (2018)
  • Author(s): Ito M, Nakaizumi Y, Hiraide M, Hagiwara K, Takezawa D
  • Organizer: 6th Plant Dormancy Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Raf様プロテインキナーゼARKによるヒメツリガネゴケのアブシジン酸および低温応答の制御 (2018)
  • Author(s): 平出 真由佳, 石崎 優美子, 桑田 啓子, 猿橋 正史, 坂田 洋一, 梅澤 泰史, 竹澤 大輔
  • Organizer: 日本植物学会第82会大会
• [Presentation] Goup B2 and B3 Raf-like kinases mediate abscisic acid responses in Marchantia polymorpha (2018)
  • Author(s): Jahan A and Takezawa D
  • Organizer: 日本植物学会第82会大会