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生命金属動態を制御する植物の器官間シグナル伝達機構解明

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System
Project/Area Number 20H05501
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

田畑 亮  名古屋大学, 生命農学研究科, 特任講師 (30712294)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords生命金属 / 鉄 / 植物器官間シグナル伝達 / シロイヌナズナ / ペプチド / 植物 / 器官間シグナル伝達 / 鉄欠乏応答 / 器官間シグナル
Outline of Research at the Start

植物は、根の一部が局所的な鉄欠乏を感知すると、その情報を他の根に伝え、鉄吸収を相補的に促進させる仕組みを持っている。しかしながら、この鉄の吸収を制御する植物の器官間コミュニケーションを担うシグナル伝達経路の詳細は明らかにされていない。
本研究では、葉から根へ移動して生命鉄動態を制御する器官間移動性のシグナル候補分子について分子生物学的・化学的・イメージング解析の手法によって、どのように器官間を移動して鉄イオン輸送体の発現を制御しているか調べる。さらには、数理モデル解析によって、器官間移動性分子による生命鉄動態の時空間的な制御を定量的なシステムとして理解する。

Outline of Annual Research Achievements

植物は、土壌中の根の一部が局所的な鉄欠乏におちいったとき、周りに十分な鉄が存在する根にその情報を伝え、鉄吸収を相補的に促進させることで、個体全体の鉄含量を一定に保つ巧みなシステムを持つ。しかしながら、その器官間コミュニケーションを制御する分子実態はこれまで明らかにされていなかった。そこで、不均一な土壌環境を模倣したSplit-root培養法を用いたトランスクリプトーム解析から、生命鉄動態を制御する器官間移動性分子を探索し、機能解析することを目的とした。
シロイヌナズナを用いたSplit-root鉄欠乏処理実験では、一部の根が鉄欠乏条件下に晒されると、他方の根において鉄イオントランスポーター(IRT1)の発現量が相補的に増加する。これまで、シロイヌナズナSplit-root鉄欠乏培養法を用いた時系列トランスクリプトーム解析から、葉から根へ移動して鉄吸収を活性化する器官間移動性の候補分子として「鉄結合タンパク質(IRON MAN; IMA/FEP)」を同定してきた。IMA多重変異体では、Split-root鉄欠乏処理時において、IRT1の相補的な発現量上昇は全く起こらなかった。また、シロイヌナズナ接ぎ木実験の結果から、IMAは地上部で発現誘導されることで、地下部(根)の正常な発達やIRT1および、シデロフォア合成(クマリン合成)系の遺伝子発現を制御していることが明らかになった。つまり、IMAが生命鉄動態を制御する、葉から根への器官間を移動して機能するシグナル分子である可能性が強く示唆された(Tabata et al., Plant Cell Physiol., 2022)。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Systemic Regulation of Iron Acquisition by Arabidopsis in Environments with Heterogeneous Iron Distributions2022

    • Author(s)
      Ryo Tabata, Takehiro Kamiya, Shunpei Imoto, Hana Tamura, Michika Tabata, Tasuku Hirayama, Hironaka Tsukagoshi, Keitaro Tanoi, Takamasa Suzuki, Takushi Hachiya, Hitoshi Sakakibara
    • Journal Title

      Plant Cell Physiology

      Volume: - Issue: 6 Pages: 842-854

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac049

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of microfluidic chip for entrapping tobacco BY-2 cells2022

    • Author(s)
      Kazunori Shimizu, Yaichi Kawakatsu, Ken-ichi Kurotani, Masahiro Kikkawa, Ryo Tabata, Daisuke Kurihara, Hiroyuki Honda, Michitaka Notaguchi
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: - Issue: 4 Pages: e0266982-e0266982

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0266982

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Regulation of ammonium acquisition and use in Oryza longistaminata ramets under nitrogen source heterogeneity2022

    • Author(s)
      Misato Kawai, Ryo Tabata, Miwa Ohashi, Haruno Honda, Takehiro Kamiya, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Shunsuke Oishi, Satoru Okamoto, Takushi Hachiya, Hitoshi Sakakibara
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 188 Issue: 4 Pages: 2364-2376

    • DOI

      10.1093/plphys/kiac025

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cell-cell adhesion in plant grafting is facilitated by β-1,4-glucanases2020

    • Author(s)
      Notaguchi, M., Kurotani, K., Sato, Y., Tabata, R., Kawakatsu, Y., Okayasu, K., Sawai, Y., Okada, R., Asahina, M., Ichihashi, Y., Shirasu, K., Suzuki, T., Niwa, M., Higashiyama, T
    • Journal Title

      Science

      Volume: 369 Issue: 6504 Pages: 698-702

    • DOI

      10.1126/science.abc3710

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Micrografting device for testing systemic signaling in Arabidopsis2020

    • Author(s)
      Hiroki Tsutsui, Naoki Yanagisawa, Yaichi Kawakatsu, Shuka Ikematsu, Yu Sawai, Ryo Tabata, Hideyuki Arata, Tetsuya Higashiyama, Michitaka Notaguchi
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: 1 Issue: 2 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1111/tpj.14768

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Callose Synthesis Suppresses Cell Death Induced by Low-Calcium Conditions in Leaves2020

    • Author(s)
      Shikanai Yusuke、Yoshida Ryosuke、Hirano Tomoko、Enomoto Yusuke、Li Baohai、Asada Mayu、Yamagami Mutsumi、Yamaguchi Katsushi、Shigenobu Shuji、Tabata Ryo、Sawa Shinichiro、Okada Hiroki、Ohya Yoshikazu、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 182 Issue: 4 Pages: 2199-2212

    • DOI

      10.1104/pp.19.00784

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 接木後の組織修復におけるオートファジー誘導の発見2022

    • Author(s)
      黒谷賢一, 田畑亮, 川勝弥一, 杉田亮平, 岡安浩次, 田野井慶太郎, 野田口理孝
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Xylem formation enhances scion growth of Nicotiana interfamily grafting2022

    • Author(s)
      Chaokun Huang, Kenichi Kurotani, Ryo Tabata, Michitaka Notaguchi
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 植物の器官間シグナル伝達を介した鉄吸収制御2021

    • Author(s)
      田畑亮
    • Organizer
      第255回遺伝子機能解析部門セミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] シロイヌナズナ器官間シグナリングを介した「鉄」吸収制御2021

    • Author(s)
      田畑亮
    • Organizer
      植物の栄養研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] シロイヌナズナにおける器官間シグナル伝達を介した鉄吸収制御2021

    • Author(s)
      田畑亮, 井本駿平, 田村花, 神谷岳洋, 木羽隆敏, 榊原均
    • Organizer
      日本土壌肥料学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Regeneration of tracheary elements facilitate scion growth upon N. benthamiana interfamily grafting2021

    • Author(s)
      Chaokun Huang, Michitaka Notaguchi, Kenichi Kurotani, Yaichi Kawakatsu, Ryo Tabata
    • Organizer
      第85回 日本植物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 生命金属「鉄」動態を制御する植物の器官間シグナル伝達機構2021

    • Author(s)
      田畑亮
    • Organizer
      日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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