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Chlorophagy induction signal and its roles for the regulation of photosynthesis

Publicly Offered Research

Project AreaNew Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
Project/Area Number 19H04712
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

泉 正範  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, 上級研究員 (80714956)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords葉緑体 / 光阻害 / プロトン駆動力 / クロロファジー / オートファジー
Outline of Research at the Start

植物細胞内で光エネルギーを吸収して光合成を行っている葉緑体は、使う光と捨てる光の量を調節できる「プロトン駆動力制御」という仕組みにより、過剰な光の吸収で強いダメージが生じることを防いでいる。一方私達の研究グループは、強いダメージが起きてしまった葉緑体を選び取って除去するクロロファジーという現象を発見してきた。よってそこには、プロトン駆動力制御で守り切れなかった葉緑体を見つけて除去するための情報伝達の仕組みがあるはずであり、その解明を本研究で目指す。さらに「壊れた葉緑体を除去する」ことが植物が成長するためにどのように重要なのかを評価し、太陽光の下で生きる植物が獲得した生存戦略の一つを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、葉緑体内部のチラコイド膜で生じる光阻害が、細胞質のオートファジーマシーナリーを誘導するに至るシグナル伝達系と、その過程におけるプロトン駆動力のふるまいを明らかにすることである。R2年度は以下2項目について下記のような進展があった。
【1】膨張葉緑体のプロトン駆動力測定:クロロフィル蛍光寿命を利用し、プロトン駆動力を形成するチラコイド膜の状態を、顕微鏡観察下で評価する系の構築を進めた。また、プロトン駆動力を解消する阻害剤の効果を検証し、その処理においても、葉緑体の形態異常が起こること、それに伴いクロロファジーが活性化することを見出した。よってプロトン駆動力の変動がクロロファジー誘導過程における一つの重要なシグナルとなることが示された。
【3】包膜を介した浸透圧ポテンシャルと葉緑体膨張の関係評価:包膜を介した浸透圧ポテンシャルが異常になるトランスポーター変異株においては、光阻害時に、チラコイド膜への障害が増えなくともクロロファジー活性が上昇することを見出した。また、可溶性糖の葉緑体内部への過剰蓄積により包膜ポテンシャルが異常となる変異株では、光阻害処理無しで葉緑体の形態異常が起こり、クロロファジーが誘導されることを見出した。よって葉緑体包膜の膜ポテンシャルの異常、あるいはそれに伴う膜の傷が、葉緑体から細胞質に伝わる直接のクロロファジー誘導シグナルであることが強く示された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 8 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] 葉緑体オートファジーの研究展開:植物を超えた議論の発展を目指して2021

    • Author(s)
      中村咲耶、泉正範
    • Journal Title

      BSJ-Review

      Volume: 12 Issue: A Pages: 68-77

    • DOI

      10.24480/bsj-review.12a8.00201

    • ISSN
      2432-9819
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chloroplast Autophagy and Ubiquitination Combine to Manage Oxidative Damage and Starvation Responses2020

    • Author(s)
      Kikuchi Yuta、Nakamura Sakuya、Woodson Jesse D.、Ishida Hiroyuki、Ling Qihua、Hidema Jun、Jarvis R. Paul、Hagihara Shinya、Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 183 Issue: 4 Pages: 1531-1544

    • DOI

      10.1104/pp.20.00237

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chlorophagy does not require PLANT U-BOX4-mediated ubiquitination2020

    • Author(s)
      Nakamura Sakuya、Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant Signaling & Behavior

      Volume: 16 Issue: 3 Pages: 1861769-1861769

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1861769

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Autophagy Contributes to the Quality Control of Leaf Mitochondria2020

    • Author(s)
      Nakamura Sakuya、Hagihara Shinya、Otomo Kohei、Ishida Hiroyuki、Hidema Jun、Nemoto Tomomi、Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: - Issue: 2 Pages: 229-247

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa162

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] How To Identify Autophagy Modulators2019

    • Author(s)
      Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 181 Issue: 3 Pages: 853-854

    • DOI

      10.1104/pp.19.01146

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Heat Shock Proteins Support Refolding and Shredding of Misfolded Proteins2019

    • Author(s)
      Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 180 Issue: 4 Pages: 1777-1778

    • DOI

      10.1104/pp.19.00711

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mitochondrial Dynamics for Pollen Development2019

    • Author(s)
      Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 180 Issue: 2 Pages: 686-687

    • DOI

      10.1104/pp.19.00335

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 窒素利用の改変を目指す葉緑体オートファジー研究の進展2019

    • Author(s)
      泉正範
    • Journal Title

      光合成研究

      Volume: 29 Pages: 54-68

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Roles of the Clock in Controlling Starch Metabolism2019

    • Author(s)
      Izumi Masanori
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 179 Issue: 4 Pages: 1441-1443

    • DOI

      10.1104/pp.19.00166

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 葉緑体分解から読み解く普遍的な膜形態制御機構2020

    • Author(s)
      泉正範、中村咲耶
    • Organizer
      日本植物学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Chloroplast degradation pathways by autophagy2020

    • Author(s)
      Izumi Masanori
    • Organizer
      The 6th CSRS-ITbM joint workshop
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 葉緑体分解機構の理解とその制御を目指して2020

    • Author(s)
      泉正範
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 葉緑体ライフサイクルの終着点:オートファジーによる分解機構2020

    • Author(s)
      中村咲耶、泉正範
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Two forms of autophagy for chloroplast turnover2020

    • Author(s)
      Izumi Masanori
    • Organizer
      RIKEN seminar
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] シロイヌナズナにおいてATG8-interacting protein (ATI1および ATI2)の発現抑制は葉緑体のオートファジーに影響を及ぼさない2020

    • Author(s)
      西村翼,和田慎也,泉正範,中村咲耶,牧野周,Gad Galili,石田宏幸
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 葉緑体の自己分解を統制する応答ゾーンの形成プロセス2019

    • Author(s)
      泉正範、中村咲耶
    • Organizer
      日本植物学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 葉緑体分解を統制する応答ゾーンの形成プロセス2019

    • Author(s)
      泉正範、中村咲耶、草野修平、萩原伸也
    • Organizer
      第3回オルガネラ・ゾーン研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] クロロファジーを発動する全分解ゾーンの形成プロセス2019

    • Author(s)
      中村咲耶、泉正範
    • Organizer
      3回オルガネラ・ゾーン研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 葉緑体を部分分解するオートファジーの細胞内ダイナミクス2019

    • Author(s)
      泉正範、中村咲耶、草野修平、萩原伸也
    • Organizer
      第12回オートファジー研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 障害葉緑体をミクロオートファジー様の経路で除去するクロロファジーの解析2019

    • Author(s)
      中村咲耶、泉正範、
    • Organizer
      第12回オートファジー研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Chloroplast degradation via autophagy in Chlamydomonas reinhardtii2019

    • Author(s)
      Li Nan、西村芳樹、Ramundo Silvia, 泉正範、
    • Organizer
      日本光合成学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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