Molecular mechanisms and physiological roles of long-distance cytokinin transport

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 18H04793
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 木羽 隆敏 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (20532097)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2018: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: サイトカイニン / 維管束 / 長距離シグナリング / 長距離輸送 / 器官間コミュニケーション / 道管

Outline of Annual Research Achievements

サイトカイニン（CK）は植物の成長・発達の様々な過程の制御に不可欠な植物ホルモンである。CKは局所シグナルとして作用するだけでなく、維管束を介して長距離輸送され、器官間（長距離）シグナルとしても働く。本年度はCKの長距離輸送を介した個体統御メカニズムの解明を目指し、（1）CKの維管束への積み込みの分子メカニズムと（2）CK長距離輸送の生理的役割の理解を目指した研究を実施した。
(1) CKの道管への積み込みを司る因子ABCG14について、生化学的特性と機能組織の詳細な解析を進めた。生化学的特性の解析ではin vitro輸送アッセイ系の構築を行った。試行錯誤の結果、無細胞タンパク質発現系で発現したABCG14を埋め込んだ人工膜を用いるアッセイ系の構築に成功した。また機能組織の解析については、細胞種特異的にABCG14を発現させた形質転換体シリーズの確立を完了し、道管液のCK量や分子種の変化、地上部の成長などの解析を進めている。ABCG14は維管束内の特定の細胞から前駆体を排出することにより、CKの道管への積み込みを司ることを強く示唆する結果を得た。
(2) 地上部の炭素栄養条件に応じた個体成長統御に、CKの長距離輸送が関与することを明らかにして論文発表した（Sci. Rep. 2019）。また地上部から根へのCK情報の長距離伝搬のメカニズムとその生理的役割を明らかにするため、CK生合成関連変異体を用いて様々な組み合わせで接ぎ木を行った。接ぎ木植物のCK量や根の成長を評価した結果、地上部由来のCKには根の成長を抑制する働きがあ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

• [Int'l Joint Research] POSTECH(韓国)
• [Int'l Joint Research] POSTECH(韓国)
• [Journal Article] Harnessing symbiotic plant-fungus interactions to unleash hidden forces from extreme plant ecosystems (2020)
  • Author(s): Perez-Alonso M.M., Guerrero-Galan, C., Scholz, S.S., Kiba, T., Sakakibara, H., Ludwig-Muller, J., Krapp, A., Oelmuller, R., Vicente-Carbajosa, J., Pollmann, S.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 54 Issue: 13 Pages: 137-142
  • DOI: 10.1093/jxb/eraa040
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sugar-induced de novo cytokinin biosynthesis contributes to Arabidopsis growth under elevated CO2 (2019)
  • Author(s): Kiba Takatoshi、Takebayashi Yumiko、Kojima Mikiko、Sakakibara Hitoshi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 7765-7765
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44185-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome sequence of Striga asiatica provides insight into the evolution of plant parasitism. (2019)
  • Author(s): Yoshida S. et al.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 29 Issue: 18 Pages: 3041-3052
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.07.086
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An efficient DNA- and selectable-marker-free genome-editing system using zygotes in rice (2019)
  • Author(s): Toda Erika、Koiso Narumi、Takebayashi Arika、Ichikawa Masako、Kiba Takatoshi、Osakabe Keishi、Osakabe Yuriko、Sakakibara Hitoshi、Kato Norio、Okamoto Takashi
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 5 Issue: 4 Pages: 363-368
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0386-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Shoot nitrate underlies a perception of nitrogen satiety to trigger local and systemic signaling cascades in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • Author(s): Okamoto Y, Suzuki T, Sugiura D, Kiba T, Sakakibara H, Hachiya T.
  • Journal Title: Soil science and plant nutrition Volume: 65 Issue: 1 Pages: 56-64
  • DOI: 10.1080/00380768.2018.1537643
  • NAID: 210000012050
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Repression of nitrogen-starvation responses by members of the Arabidopsis GARP-type transcription factor NIGT1/HRS1 subfamily. (2018)
  • Author(s): Kiba, T., Inaba, J., Kudo, T., Ueda, N., Konishi, M., Mitsuda, N, Takiguchi, Y., Kondou, Y., Yoshizumi, T., Ohme-Takagi, M., Matsui, M., Yano, K., Yanagisawa, S., and Sakakibara, H.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 30 Issue: 4 Pages: 925-945
  • DOI: 10.1105/tpc.17.00810
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] International Symposium on Long-Distance Signaling in Plants (2018)
  • Author(s): Kiba, T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 59 Issue: 9 Pages: 1697-1699
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy151
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SUPERMAN regulates floral whorl boundaries through control of auxin biosynthesis. (2018)
  • Author(s): Xu, Y., Prunet, N., Gan, E-S., Wang, Y., Stewart, D., Wellmer, F., Huang, J., Yamaguchi, N., Tatsumi, Y., Kojima, M., Kiba, T., Sakakibara, H., Jack, T.P., Meyerowitz, E.M., Ito, T.
  • Journal Title: EMBO Journal Volume: - Issue: 11
  • DOI: 10.15252/embj.201797499
  • NAID: 120006478564
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chromatin-mediated feed-forward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy. (2018)
  • Author(s): Yamaguchi, N., Huang, J., Tatsumi, Y., Abe, M., Sugano, S. S., Kojima, M., Takebayashi, Y., Kiba, T., Yokoyama, R., Nishitani, K., Sakakibara, H., and Ito, T.
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 5290-5290
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07763-0
  • NAID: 120006549567
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen starvation responses in plants (2019)
  • Author(s): Takatoshi Kiba
  • Organizer: The 3rd International Comference on Life Sciences and Biotechnology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Metabolomic and Transcriptomic Analysis of Metabolic Pathways Regulated by Nitrogen Starvation Response Regulator AtNIGT1s (2019)
  • Author(s): Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • Organizer: The 4th International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A mechanism for xylem loading of cytokinin mediated by ABCG14 (2019)
  • Author(s): Takatoshi Kiba, Hitoshi Sakakibara
  • Organizer: The International Plant Growth Substances Association Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanism of ABCG14-mediated root-to-shoot cytokinin transport (2019)
  • Author(s): 橋本祐典、木羽隆敏、榊原均
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Screening for the novel cytokinin transporter (2019)
  • Author(s): 浦上拓也、木羽隆敏、榊原均
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of nitrogen acquisition under low availability and beyond (2019)
  • Author(s): Takatoshi Kiba
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Nitrogen starvation responses in Arabidopsis: transcriptional and metabolic regulations (2019)
  • Author(s): Takatoshi Kiba
  • Organizer: Japan-Taiwan Plant Biology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナにおいてNIGT1転写因子群は窒素条件依存的にリンシグナルを正に調節する (2019)
  • Author(s): 植田佳明，木羽隆敏，柳澤修一
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] イネ受精卵を用いたDNAおよび選抜マーカーフリーなゲノム編集技術の確立と他作物種への応用 (2019)
  • Author(s): 戸田絵梨香，古磯成美，Tety Maryenti，竹林有理佳，市川雅子，木羽隆敏，刑部敬史，刑部祐里子，榊原均，加藤紀夫，岡本龍史
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Mechanism of ABCG14-mediated root-to-shoot cytokinin transpor (2019)
  • Author(s): 神谷麻友、稲葉ジュン、竹林裕美子、小嶋美紀子、木羽隆敏、榊原均
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 窒素飢餓応答制御とリン飢餓応答制御のクロストーク (2018)
  • Author(s): 木羽隆敏
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Remarks] 名古屋大学 大学院生命農学研究科 植物情報分子研究室
  • URL: https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ck/
• [Remarks] 名古屋大学生命農学研究科植物情報分子研究室
  • URL: https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~ck/