植物の高温に対するレジリエンス機構の解明

• Project Area: Multi-layered regulatory system of plant resilience under fluctuating environment
• Project/Area Number: 21H05668
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture
• Principal Investigator: 太治 輝昭 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (60360583)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 高温耐性 / 長期高温ストレス / 熱形態形成 / シロイヌナズナ野生系統 / ステージゲート / 環境ストレス応答 / 多様性 / シロイヌナズナ / ステージゲート応答 / 植物の高温応答 / 長期高温耐性 / 野生系統

Outline of Research at the Start

植物の高温応答については、分単位の転写ネットワークや時間単位の熱形態形成が良く知られている。一方、申請者らの先行研究により、分単位の短期的な高温と数日間にわたる長期的な高温に対する耐性は独立したメカニズムに因ることが分かってきた。植物は高温の長さや強度に応じてステージゲートを設けることで応答の最適解を選択していると考えられるが、時間軸に沿ったシグナルネットワークの変遷・制御の理解には至っていない。そこで本研究では、短期・長期高温応答に寄与する遺伝子群を同定し、高温の時間軸に沿ったシグナルネットワーク統御を明らかにすることで、植物の高温に対するレジリエンス機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

植物は高温の長さや強度に応じてステージゲートを設けることで応答の最適解を選択していると考えられるが、時間軸に沿ったシグナルネットワークの変遷・制御の理解には至っていない。本課題では、短期・長期高温応答に寄与する遺伝子群を同定することで、時間軸に沿ったシグナルネットワークの変遷・制御を明らかにし、植物の高温に対するレジリエンス機構解明を目指した。数百のシロイヌナズナ野生系統を用いて長期高温に対する耐性評価を実施したところ、その耐性に大きな多様性が認められた一方、GWASでは有意な相関を示すSNPは検出されず、この高温耐性については、野生系統により寄与する遺伝子座が異なる、あるいは複数の遺伝子座が耐性に関与することが示唆された。そこで比較的耐性を示したCol-0と高感受性を示すMs-0を用いて遺伝学的解析に供した結果、その耐性の違いを決定するLong-term Heat Tolerance1 (LHT1)の同定に成功した。LHT1はRNA結合タンパク質をコードしており、長期高温条件下における転写後調節への関与が考えられた。RNA-seq解析の結果、Col-0と比較してNIL_Ms-0では長期高温条件下において選択的スプライシングに異常が認められた。また、長期高温耐性に寄与する遺伝子の同定を目的に、長期高温耐性を示すCol-0種子にEMS処理による突然変異を誘発させ、そのM2種子を用いて長期高温感受性変異株(sensitive to long-term heat)のスクリーニングを行い、sloh3とsloh63を単離した。興味深いことに、sloh3およびsloh63の原因遺伝子は、どちらもLHT1と共に複合体を形成してスプライシングに寄与することが示唆されている遺伝子であった。以上より、シロイヌナズナの長期高温耐性には、転写後プロセシングの制御が重要であることが示唆された。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Targeted in vivo mutagenesis of a sensor histidine kinase playing an essential role in ABA signaling of the moss Physcomitrium patens (2022)
  • Author(s): Sk R, Miyabe MT, Takezawa D, Yajima S, Yotsui I, Taji T, Sakata Y
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 637 Pages: 93-99
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.11.009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] KLU/CYP78A5, a cytochrome P450 monooxygenase identified via FOX hunting, contributes to cuticle biosynthesis and improves various abiotic stress tolerances (2022)
  • Author(s): Kajino T, Yamaguchi M, Oshima Y, Nakamura A, Narushima J, Yaguchi Y, Yotsui I, Sakata Y, Taji T
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 13 Pages: 1-13
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.904121
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ECERIFERUM 10 encoding an enoyl-CoA reductase plays a crucial role in osmotolerance and cuticular wax loading in Arabidopsis (2022)
  • Author(s): Fukuda N, Oshima Y, Ariga H, Kajino T, Koyama T, Yaguchi Y, Yotsui I, Sakata Y, Taji T
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 13 Pages: 1-12
  • DOI: 10.3389/fpls.2022.898317
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ABERRANT PANICLE ORGANIZATION2 controls multiple steps in panicle formation through common direct target genes (2022)
  • Author(s): Miao Y, Xun Q, Teruaki Taji T, Tanaka K, Yasuno N, Ding C, and Kyozuka J
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 189 Issue: 4 Pages: 2210-2226
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac216
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MAP KINASE PHOSPHATASE1 promotes osmotolerance by suppressing PHYTOALEXIN DEFICIENT4-independent immunity (2022)
  • Author(s): Kohei Uchida, Masahiro Yamaguchi, Kazuki Kanamori, Hirotaka Ariga, Kazuho Isono, Takuma Kajino, Keisuke Tanaka, Yusuke Saijo, Izumi Yotsui, Yoichi Sakata, Teruaki Taji
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: - Issue: 2 Pages: 1128-1138
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac131
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mitochondrial Fission Complex Is Required for Long-Term Heat Tolerance of Arabidopsis (2022)
  • Author(s): Ryo Tsukimoto, Kazuho Isono, Takuma Kajino, Satoshi Iuchi, Akihisa Shinozawa, Izumi Yotsui, Yoichi Sakata, Teruaki Taji
  • Journal Title: Plant & cell physiology Volume: 63 Issue: 3 Pages: 296-304
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab171
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sensor histidine kinases mediate ABA and osmostress signaling in the moss Physcomitrium patens (2022)
  • Author(s): Tsukasa Toriyama, Akihisa Shinozawa, Yuki Yasumura, Masashi Saruhashi, Mayuka Hiraide, Shiori Ito, Hideyuki Matsuura, Keiko Kuwata, Mika Yoshida, Tadashi Baba, Izumi Yotsui, Teruaki Taji, Daisuke Takezawa, Yoichi Sakata
  • Journal Title: Current Biology Volume: 32 Issue: 1 Pages: 164-175
  • DOI: 10.1016/j.cub.2021.10.068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recognition of microbe/damage-associated molecular patterns by leucine-rich repeat pattern recognition receptor kinases confers salt tolerance in plants (2021)
  • Author(s): Saijo Yusuke、Loo Eliza、Tajima Yuri、Yamada Kohji、Kido Shota、Hirase Taishi、Ariga Hirotaka、Fujiwara Tadashi、Tanaka Keisuke、Taji Teruaki、Somssich Imre、Parker Jane E
  • Journal Title: Molecular Plant-Microbe Interactions? Volume: － Issue: 7 Pages: 554-566
  • DOI: 10.1094/mpmi-07-21-0185-fi
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] シロイヌナズナ野生系統を用いてストレス耐性の多様性を解明 (2021)
  • Author(s): 太治輝昭、有賀裕剛
  • Journal Title: 生物の科学 遺伝 Volume: 6 Pages: 526-532
  • Open Access
• [Presentation] シロイヌナズナ長期高温応答におけるスプライシング関連因子の寄与 (2023)
  • Author(s): 遠藤直弥、月本亮、礒野一帆、四井いずみ、坂田洋一、太治輝昭
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] シロイヌナズナ長期高温感受性変異株sloh1の単離解析 (2023)
  • Author(s): 山口凌、田中啓介、四井いずみ、坂田洋一、太治輝昭
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] 植物の高温に対するレジリエンス機構 (2022)
  • Author(s): 太治輝昭
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Invited
• [Presentation] シロイヌナズナ長期高温感受性変異株sloh3の単離解析 (2022)
  • Author(s): 遠藤直弥、月本亮、礒野一帆、四井いずみ、坂田洋一、太治輝昭
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Remarks] 耐性のことは耐性植物に聞け
  • URL: https://interview.plant-resilience.jp/teruaki_taji/