水陸両生植物の水環境への適応に寄与する環境応答統御システムの解析

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 18H04787
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto Sangyo University
• Principal Investigator: 木村 成介 京都産業大学, 生命科学部, 教授 (40339122)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 水陸両生植物 / 異形葉 / 表現型可塑性 / 水没 / 気孔形成 / 異形容 / 水草 / 適応 / 葉

Outline of Annual Research Achievements

(1) Rorippa aquaticaのゲノム解析： R. aquatica のゲノムをイルミナおよびPacBioプラットフォームでシークエンスし、また、Hi-C法により染色体スケールのスキャフォールドの作成に成功した。染色体間の配列比較により、R. aquaticaは異質倍数体で、染色体の一部が融合していることが示された。イヌガラシ属植物の2種の雑種からR. aquaticaが成立したと考えられる。
(2) 水没による葉形の制御機構の解析：R. aquaticaは、水没や温度の変化、光環境の変化で葉の形態が大きく変化する。水没時のRNA-seq解析により、水没時にはエチレン関係の遺伝子群の発現が変動していることが明らかになった。実際、エチレンを添加すると、葉の形態が水中葉に近くなることから、エチレンが水没応答に関わっているものと考えられた。
(3) 水没による気孔形成の抑制機構の解析：R. aquaticaの気孔形成は水没により抑制されるが、気孔形成に重要な転写因子であるSPCHの発現抑制が起こっていることを明らかにしていた。さまざまな条件における水没後の発現応答をRNA-seq解析で調べたところ、気孔形成の抑制時に関わる転写因子等を同定できた。SPCHの発現制御機構に着目して、これらの因子の役割を明らかにすることで、水没による気孔形成の抑制機構が明らかにできると考えている。水没時の光条件などを検討したところ、暗所では水没させても気孔形成は抑制されず、また、青色光のみを当てた場合も気孔形成は抑制されなかった。また、気中条件であっても赤色光を当てると気孔の形成が抑制された。以上の結果から、光質などの光条件が水没の感知に重要であることが示唆された。
なお、当初、学会等への参加のための旅費の執行を予定していたが、新型コロナウイルスのため中止になったため、未使用金が生じた。

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

• [Int'l Joint Research] 中学科学院水生生物研究所(中国)
• [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学デービス校/テキサス大学(米国)
• [Int'l Joint Research] Warwick University/Sainsbury Laboratory, Cambridge/University of Edinburgh(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Maragheh(イラン)
• [Int'l Joint Research] University of California, Davis/Missouri Botanical Garden/University of Washington(米国)
• [Int'l Joint Research] 水生生物研究所(中国)
• [Int'l Joint Research] Masaryk University(チェコ)
• [Int'l Joint Research] Warwick University/University of Edinburgh(英国)
• [Journal Article] Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) promote growth and ameliorate salinity stress effects on essential oil profile and biochemical attributes of Dracocephalum moldavica (2020)
  • Author(s): Gohari Gholamreza、Mohammadi Asghar、Akbari Ali、Panahirad Sima、Dadpour Mohammad Reza、Fotopoulos Vasileios、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-57794-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ERdj3B-mediated quality control maintains anther development at high temperatures (2020)
  • Author(s): Yamamoto Masaya、Uji Shuhei、Sugiyama Tomoyuki、Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke、Endo Toshiya、Nishikawa Shuh-ichi
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: － Issue: 4 Pages: 1979-1990
  • DOI: 10.1104/pp.19.01356
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of Autophagy on Gene Expression and Tapetal Programmed Cell Death During Pollen Development in Rice (2020)
  • Author(s): Hanamata Shigeru、Sawada Jumpei、Ono Seijiro、Ogawa Kazunori、Fukunaga Togo、Nonomura Ken-Ichi、Kimura Seisuke、Kurusu Takamitsu、Kuchitsu Kazuyuki
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 172-172
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00172
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of an Agrobacterium mediated transformation protocol for the detection of cytokinin in the heterophyllous plant Hygrophila difformis (Acanthaceae) (2020)
  • Author(s): Gaojie Li, Shiqi Hu, Jingjing Yang, Xuyao Zhao, Seisuke Kimura, Elizabeth A. Schultz, Hongwei Hou
  • Journal Title: Plant Cell Reports Volume: － Issue: 6 Pages: 737-750
  • DOI: 10.1007/s00299-020-02527-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SUPPRESSOR OF GAMMA RESPONSE1 acts as a regulator coordinating crosstalk between DNA damage response and immune response (2020)
  • Author(s): Kaoru Okamoto Yoshiyama, Naoki Aoshima, Naoki Takahashi, Tomoaki Sakamoto, Kei Hiruma, Yusuke Saijo, Jun Hidema, Masaaki Umeda, Seisuke Kimura
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: －
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Root-knot nematodes modulate cell walls during root-knot formation in Arabidopsis roots (2020)
  • Author(s): Takashi Ishida, Reira Suzuki, Satoru Nakagami, Takeshi Kuroha, Shingo Sakamoto, Miyuki T. Nakata, Ryusuke Yokoyama, Seisuke Kimura, Nobutaka Mitsuda, Kazuhiko Nishitani, Shinichiro Sawa
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: －
  • NAID: 40022231088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reprograming of the developmental program of Rhus javanica during initial stage of gall induction by Schlechtendalia chinensis (2020)
  • Author(s): Tomoko Hirano, Seisuke Kimura, Tomoaki Sakamoto, Ayaka Okamoto, Takumi Nakayama, Yoshihito Suzuki, Issei Ohshima, Masa H. Sato
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: －
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heterophylly: Phenotypic Plasticity of Leaf Shape in Aquatic and Amphibious Plants (2019)
  • Author(s): Li Gaojie、Hu Shiqi、Hou Hongwei、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Plants Volume: 8 Issue: 10 Pages: 420-420
  • DOI: 10.3390/plants8100420
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative transcriptome analysis of galls from four different host plants suggests the molecular mechanism of gall development (2019)
  • Author(s): Takeda Seiji、Yoza Makiko、Amano Taisuke、Ohshima Issei、Hirano Tomoko、Sato Masa H.、Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 14 Issue: 10 Pages: e0223686-e0223686
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0223686
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular Basis for Natural Vegetative Propagation via Regeneration in North American Lake Cress, Rorippa aquatica (Brassicaceae) (2019)
  • Author(s): Amano Rumi、Nakayama Hokuto、Momoi Risa、Omata Emi、Gunji Shizuka、Takebayashi Yumiko、Kojima Mikiko、Ikematsu Shuka、Ikeuchi Momoko、Iwase Akira、Sakamoto Tomoaki、Kasahara Hiroyuki、Sakakibara Hitoshi、Ferjani Ali、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 61 Issue: 2 Pages: 353-369
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz202
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Developmental analyses of divarications in leaves of an aquatic fern Microsorum pteropus and its varieties (2019)
  • Author(s): Miyoshi Saori、Kimura Seisuke、Ootsuki Ryo、Higaki Takumi、Nakamasu Akiko
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 14 Issue: 1 Pages: e0210141-e0210141
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0210141
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multichromosomal structure of the onion mitochondrial genome and a transcript analysis (2018)
  • Author(s): Tsujimura Mai、Kaneko Takakazu、Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke、Shigyo Masayoshi、Yamagishi Hiroshi、Terachi Toru
  • Journal Title: Mitochondrion Volume: - Pages: 179-186
  • DOI: 10.1016/j.mito.2018.05.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant Temperature Sensors (2018)
  • Author(s): Sakamoto Tomoaki、Kimura Seisuke
  • Journal Title: Sensors Volume: 18 Issue: 12 Pages: 4365-4365
  • DOI: 10.3390/s18124365
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ser-Gln sites of SOG1 are rapidly hyperphosphorylated in response to DNA double-strand breaks (2018)
  • Author(s): Yoshiyama K. O.、Kimura S.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 13 Issue: 6 Pages: e1477904-e1477904
  • DOI: 10.1080/15592324.2018.1477904
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Effect of SOG1 overexpression on DNA damage response in meristematic tissue (2019)
  • Author(s): Kaoru Okamoto Yoshiyama, Naoki Aoshima, Naoki Takahashi, Tomoaki Sakamoto, Masaaki Umeda, Seisuke Kimura
  • Organizer: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Differential gene expression analysis of Arabidopsis seedlings reveals potential involvement of 2-phnylacetic acid in hormone crosstalk (2019)
  • Author(s): Sam Cook, Seisuke Kimura, Hiroyuki Kasahara
  • Organizer: The 23rd International Conference on Plant Growth Substances
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アブラナ科植物Rorippa aquaticaの水中適応に伴う、茎生葉上の新奇分裂組織を用いた栄養繁殖 (2019)
  • Author(s): 池松朱夏、佐々木亜美、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本育種学会第136回講演会ワークショップ「植物の生殖と環境・ストレス」
  • Invited
• [Presentation] Comprehensive transcriptome analyses of galls from four different host plants suggest common process for gall development (2019)
  • Author(s): Seiji Takeda, Makiko Yoza, Taisuke Amano, Issei Oshima, Tomoko Hirano, Masa H. Sato, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura
  • Organizer: The 5 th Joint Symposium on “Basic and Applied Studies of Plant Natural Products for Agriculture and Human Health”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 古倍数性アブラナ科植物 Rorippa aquaticaの染色体レベルゲノムアセンブリ (2019)
  • Author(s): 坂本智昭、坂本卓也、松永幸大、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] 水陸両生植物Rorippa aquaticaにおける水没に応答した気孔形成抑制メカニズムの解析 (2019)
  • Author(s): 馬瀬樹志，野口楓子，池松朱夏，坂本智昭，木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第83回大会
• [Presentation] Rorippa aquaticaにおける異形葉性誘導に伴う共生細菌叢の変動 (2019)
  • Author(s): 板倉学、石塚裕樹、木村成介、上ノ山華織、金子貴一
  • Organizer: 植物微生物研究会第29回研究交流会
• [Presentation] The suppression mechanism of stomatal development under submerged condition in Rorippa aquatica (2019)
  • Author(s): Tatsushi Umase, Fuko Noguchi, Shuka Ikematsu, Tomoaki Sakamoto, Seisuke Kimura
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research: local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chromosome level genome assembly of palaeopolyploid plant Rorippa aquatica (2019)
  • Author(s): Tomoaki Sakamoto, Takuya Sakamoto, Sachihiro Matsunaga, Seisuke Kimura
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research: local signaling, long-distance communication and memory for developmental plasticity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水中への適応形質としての異形葉性と栄養繁殖：非モデル植物のオミクス解析 (2019)
  • Author(s): 木村成介
  • Organizer: バイオインフォマティクス教育セミナー2019
  • Invited
• [Presentation] 環境に応じて変身する植物：Rorippa aquaticaの異形葉性の研究 (2019)
  • Author(s): 木村成介
  • Organizer: 第57回植物バイテクシンポジウム「変身する生き物、変身させる生き物」
  • Invited
• [Presentation] Rorippa aquatica染色体レベルゲノムアセンブリと比較解析 (2019)
  • Author(s): 坂本智昭、坂本卓也、松永幸大、木村成介
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 水陸両生アブラナ科植物 Rorippa aquaticaの水没に応答した迅速な気孔形成抑制のメカニズム (2019)
  • Author(s): 池松朱夏、馬瀬樹志、野口楓子、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Ab-GALFA 法を用いたヌルデの虫こぶ形成機構の解明 (2019)
  • Author(s): 中山拓己、斉藤悠馬、大島一正、鈴木義人、木村成介、松浦恭和、池田陽子、武田征士、平野朋子、 佐藤雅彦
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] アブラナ科植物Rorippa aquaticaの茎生葉上の新奇分裂組織を用いた栄養繁殖 (2019)
  • Author(s): 池松朱夏、佐々木亜美、天野瑠美、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Rorippa aquaticaの栄養繁殖を調節する植物ホルモンの解析 (2019)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、桃井理沙、郡司玄、竹林裕美子、坂本智昭、笠原博幸、榊原均、Ali Ferjani、木村成介
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 水陸両生植物R. aquaticaの水没に応答した気孔形成抑制メカニズムの解明 (2019)
  • Author(s): 馬瀬樹志、池松朱夏、野口楓子、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Adaptation of plants to aquatic environments: Studies on heterophylly and vegetative propagation in semi-aquatic plant, Rorippa aquatica (2018)
  • Author(s): Seisuke Kimura, Ikematsu Shuka, Tomoaki Sakamoto, Rumi Amano
  • Organizer: The 46th Naito Conference on “Mechanisms of Evolution and Biodiversity”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物DNA損傷応答のマスターレギュレーターSOG1が果たす役割 (2018)
  • Author(s): 愿山（岡本）郁、坂本智昭、上ノ山華織、木村成介
  • Organizer: 日本遺伝学会第90回大会
• [Presentation] Rorippa aquaticaを用いた葉断面からの栄養繁殖機構の解析 (2018)
  • Author(s): 天野瑠美、中山北斗、桃井理沙、郡司玄、竹林裕美子、坂本智昭、笠原博幸、Ali Ferjani、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 水陸両生植物Rorippa aquaticaにおける水没に応答した気孔形成抑制メカニズムの解析 (2018)
  • Author(s): 馬瀬樹志、野口楓子、池松朱夏、坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] 異形葉性植物Rorippa aquaticaの比較ゲノム解析 (2018)
  • Author(s): 坂本智昭、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] Rorippa aquaticaの温度移行に応答した葉形決定メカニズムの解析 (2018)
  • Author(s): 池松朱夏、北野つくし、坂本智昭、笠原博幸、木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Remarks] 研究代表者のホームページ
  • URL: https://www.seisukekimura.com
• [Remarks]
  • URL: https://www.seisukekimura.com/?lang=ja