Development of molecular mechanism on photosynthesis-dependent chloroplast movmement

• Project Area: New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
• Project/Area Number: 19H04729
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 後藤 栄治 九州大学, 農学研究院, 助教 (90614256)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥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: 葉緑体光定位運動 / 光合成 / 葉緑体運動

Outline of Research at the Start

申請者の徹底的な顕微鏡観察により、フォトトロピン依存の葉緑体運動に加えて、光合成反応が誘導する葉緑体の局在変化が存在することを申請者は発見した。さらに、コケ植物から高等植物の様々な植物種において、上記２通りの葉緑体の局在反応が存在することが判明した。これらの研究結果により、光合成依存の葉緑体運動は、幅広い植物種が一般的に有する応答で有り、光環境の適応において重要な役割を担うと考えられるが、その分子機構は全く分かっていない。そこで、本研究では、光合成依存の葉緑体運動の分子機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ゼニゴケの葉緑体光定位運動において、フォトトロピン非依存の応答が存在することを見出した。フォトトロピン非依存の応答は、光合成阻害剤を添加することによって完全に阻害されたことから、光合成反応依存の応答であることが分かった。フォトトロピン依存の応答はアクチン繊維に依存して誘導されるのに対して、光合成依存の応答は、アクチン繊維に加えて微小管によっても誘導され、アクチン繊維と微小管が冗長的に作用することが分かった。また、フォトトロピン依存の葉緑体光定位運動に関与する因子の変異株について、光合成依存の応答を調べたところ、KAC(KINESIN LIKE PROTEIN FOR ACTIN BASED CHLOROPLAST MOVEMENT)とCHUP(CHLOROPLAST UNUSUAL POSITIONING)が光合成依存の応答に関与することが分かった。KACは従来知られているアクチン依存の応答に加えて、未知の微小管依存の応答にも関与することが分かった。一方で、フォトトロピン依存のシグナル伝達に関与する因子は光合成依存の応答には関与しないことが示唆された。これらの結果から、光合成依存の応答は、フォトトロピン依存の応答のシグナル伝達は異なるシステムで誘導されることがわかった。そこで、順遺伝学的解析を行い、光合成依存の応答に関与する因子の変異株を探索し、2つの新規変異株を得た。現在、変異株の原因遺伝子を同定し、機能解析を行っている。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Glasgow(英国)
• [Journal Article] 光環境への適応における葉緑体光定位運動の役割 (2021)
  • Author(s): 後藤栄治
  • Journal Title: BSJ-Review Volume: 12 Issue: A Pages: 45-51
  • DOI: 10.24480/bsj-review.12a6.00199
  • ISSN: 2432-9819
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light-Induced Chloroplast Movements in Oryza species (2020)
  • Author(s): Kihara Miki, Ushijima Tomokazu, Yamagata Yoshiyuki, Tsuruda Yukinari, Higa Takeshi, Abiko Tomomi, Kubo Takahiko, Wada Masamitsu, Suetsugu Noriyuki, Gotoh Eiji
  • Journal Title: journal of Plant Research Volume: 133 Issue: 4 Pages: 525-535
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01189-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phototropin 2 contributes to the chloroplast avoidance response at the chloroplast-plasma membrane interface (2020)
  • Author(s): Ishishita K, Higa T, Tanaka H, Inoue S, Chung A, Ushizima T, Matsushita T, Kinoshita T, Nakai M, Wada M, Suetsugu N, Gotoh E
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: in press Issue: 1 Pages: 59-59
  • DOI: 10.1104/pp.20.00059
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kinase in the liverwort Marchantia polymorpha; A photosynthesis-dependent kinase for carbon metabolism (2020)
  • Author(s): Koide E, Suetsugu N, Iwano M, Gotoh E, Nomura Y, Stolze SC, Nakagami H, Kohchi T, Nishihama R
  • Journal Title: Plant Cell & Physiology Volume: 61 Issue: 3 Pages: 631-643
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz232
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Chloroplast accumulation response enhances leaf photosynthesis and plant biomass production. (2021)
  • Author(s): 後藤栄治
  • Organizer: 日本森林学会
  • Invited
• [Presentation] 葉緑体光定位運動における新規phot2相互作用因子の解析 (2021)
  • Author(s): 比嘉毅、後藤栄治、和田正三、小田祥久、中井正人
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] 葉緑体光定位運動における新たな制御機構 (2020)
  • Author(s): 後藤栄治
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] 光合成依存の葉緑体光定位運動 (2020)
  • Author(s): 木原后紀、末次憲之、西浜竜一、河内孝之、後藤栄治
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] 逆円錐形の柵状組織細胞は植物の弱光環境への適応機構である (2020)
  • Author(s): 田中秀一、孫田佳奈、瀬戸口浩彰、和田正三、後藤栄治
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] ダイモンジソウにおける明暗集団間の光合成特性の分化と遺伝構造 (2020)
  • Author(s): 孫田佳奈、後藤栄治、池田啓、阪口翔太、瀬戸口浩彰
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] Biochemical approach for discovery of novel factors involved in chloroplast photorelocation movement (2020)
  • Author(s): 比嘉毅、後藤栄治、和田正三、中井正人
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] A novel regulation in chloroplast movements (2020)
  • Author(s): 後藤栄治
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] 林床植物の光環境適応戦略 (2019)
  • Author(s): 後藤栄治
  • Organizer: 三学会福岡例会
  • Invited
• [Presentation] Chloroplast movement regulates trade-off between light harvesting and photoprotection under a fluctuating light environment (2019)
  • Author(s): Eiji Gotoh, Noriyuki Suetsugu, Wataru Yamori, Masamitsu Wada
  • Organizer: 1st Japan-US Binational Seminar
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 葉緑体光定位運動では光のシグナルより炭酸ガス濃度が優先される (2019)
  • Author(s): 鄭愛梨、瀬戸口浩彰、和田正三、後藤栄治
  • Organizer: 日本植物学会
• [Presentation] Chloroplast outer membrane-localized phototropin induces the chloroplast avoidance response (2019)
  • Author(s): Eiji Gotoh, Kazuhiro Ishishita, Takeshi Higa, Shin’ichiro Inoue, Noriyuki Suetsugu, Masamitsu Wada
  • Organizer: 18TH INTERNATIONAL WORKSHOP ON PLANT MEMBRANE BIOLOGY
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K004658/index.html
• [Remarks]
  • URL: https://gotohlab2019.wixsite.com/mysite
• [Remarks] 研究グループのホームページ
  • URL: https://gotohlab2019.wixsite.com/mysite
• [Remarks] 大学が作成している研究者情報
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K004658/index.html