時計転写ネットワークによる発生制御

• Project Area: Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development
• Project/Area Number: 22H04716
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 中道 範人 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (90513440)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 植物 / 概日時計 / 化合物 / 転写制御 / 発生 / 遺伝子発現ネットワーク / 成長相転換 / 転写因子 / 周期 / 変調 / 花成

Outline of Research at the Start

植物が変化する昼夜や季節環境に適応していること, 環境への適応の一環として形態を制御することを考慮すると, 植物はその一生の間絶えず時計を利用して柔軟に発生過程を調節していると考えられる. 本研究は, 申請者が世界に先駆けて開発したユニークな周期調節化合物や整備してきた時計周期変異体の利用によって, これまで見過ごされてきたシロイヌナズナの一生にわたる概日時計による発生制御を明らかにする. 領域内の理論グループとの共同研究にも取り組み, 周期の変調の結果として期待される発生変化を, 周期調節化合物を投与する実験によって実証する.

Outline of Annual Research Achievements

時計周期変調化合物の処理および周期変異体の解析から、時計は花成ホルモン(FT)に依存しない花芽形成に関与する可能性を見出している。特にPRESUDO-RESPONSE REGULATOR 7 (PRR7)やPRR5の過剰発現体は、茎頂で機能するMADSbox型の花芽誘導転写因子をコードする遺伝子の発現が上昇していた。より包括的にPRR7とPRR5によるMADSbox遺伝子の制御のメカニズムの手がかりを得るため、細胞内の近接標識法によってPRR7の相互作用因子候補を探索した。得られたタンパク質の中に転写抑制活性に関わると想定されるタンパク質を見出した。この因子とPRR7の遺伝学的関係性を調べたところ、因子の変異はPRR7過剰発現体の早咲きなどの表現型をキャンセルした。またこの変異体はPRR7によるMADSbox遺伝子の発現上昇効果を弱めた。PRR7は朝方の時計関連遺伝子CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1)およびそのホモログであるLATE ELONGATED HYPOCOTYL(LHY)の転写を抑制することが知られていたが、CCA1とLHYへの抑制効果はこの遺伝子の変異によって解除された。さらに網羅的解析から、PRR7の標的遺伝子の発現がこの変異体で上昇していた。
さらに時計周期延長化合物の作用機序を、遺伝子発現プロファイリングから推定する試みをしたところ、この化合物はCCA1の発現制御に関わることが判明した。CCA1の制御に関わるPRRタンパク質群のうち、PRR7タンパクのみが本化合物によっての量的に変化した。prr7変異体では、この化合物によるCCA1の発現変化がキャンセルした(Uehara et al., Plant Cell Physiol. 2023)。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A Small-Molecule Modulator Affecting the Clock-Associated PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 7 Amount (2023)
  • Author(s): Uehara Takahiro N、Takao Saori、Matsuo Hiromi、Saito Ami N、Ota Eisuke、Ono Azusa、Itami Kenichiro、Kinoshita Toshinori、Yamashino Takafumi、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
  • Journal Title: Plant And Cell Physiology Volume: 64 Issue: 11 Pages: 1397-1406
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad107
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] AtMYB50 regulates root cell elongation by upregulating PECTIN METHYLESTERASE INHIBITOR 8 in Arabidopsis thaliana (2023)
  • Author(s): Mase Kosuke、Mizuno Honomi、Nakamichi Norihito、Suzuki Takamasa、Kojima Takaaki、Kamiya Sho、Takeuchi Taiga、Kondo Chiko、Yamashita Harumi、Sakaoka Satomi、Morikami Atsushi、Tsukagoshi Hironaka
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 18 Issue: 12 Pages: e0285241-e0285241
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0285241
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complexities, similarities, and differences in circadian regulation in the green lineage (2023)
  • Author(s): Maeda Akari E.、Muranaka Tomoaki、Nakamichi Norihito、Oyama Tokitaka、Dodd Antony N.
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 241 Issue: 1 Pages: 28-31
  • DOI: 10.1111/nph.19323
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical biology to dissect molecular mechanisms underlying plant circadian clocks (2022)
  • Author(s): Nakamichi Norihito、Yamaguchi Junichiro、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J.、Ota Eisuke
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 235 Issue: 4 Pages: 1336-1343
  • DOI: 10.1111/nph.18298
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant clock modifications for adapting flowering time to local environments (2022)
  • Author(s): Maeda Akari E、Nakamichi Norihito
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: in press Issue: 2 Pages: 952-967
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac107
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure?Function Study of a Novel Inhibitor of Cyclin-Dependent Kinase C in Arabidopsis (2022)
  • Author(s): Saito Ami N、Maeda Akari E、Takahara Tomoaki T、Matsuo Hiromi、Nishina Michiya、Ono Azusa、Shiratake Katsuhiro、Notaguchi Michitaka、Yanai Takeshi、Kinoshita Toshinori、Ota Eisuke、Fujimoto Kazuhiro J、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 63 Issue: 11 Pages: 1720-1728
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac127
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Epidermal CCA1 and PMR5 contribute to nonhost resistance in Arabidopsis (2022)
  • Author(s): 1.Nami Maeda, Takaya Noguchi, Norihito Nakamichi, Takamasa Suzuki and Atsushi Ishikawa
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 86 Issue: 12 Pages: 1623-1630
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac160
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Phosphorylation of RNA polymerase II by CDKC; 2 maintains the Arabidopsis circadian clock period (2024)
  • Author(s): 中道範人
  • Organizer: 植物生理学会
  • Invited
• [Presentation] Quantitative changes in PRR5 and TOC1 protein are important to keep the period length at physiologically relevant temperatures (2024)
  • Author(s): 前田明里, 松尾宏美, 村中智明, 中道範人
  • Organizer: 植物生理学会
• [Presentation] Quantity regulation of TOC1 and PRR5 for temperature compensation in the Arabidopsis circadian clock (2023)
  • Author(s): Akari Maeda, Hiromi Matsuo, Norihito Nakamichi
  • Organizer: 国際シロイヌナズナミーティング
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物の時計周期の調節に必要なタンパク質翻訳後修飾 (2023)
  • Author(s): 中道範人
  • Organizer: 日本時間生物学会
  • Invited
• [Presentation] The quantitative control of clock protein abundance is essential for temperature compensation in Arabidopsis thaliana (2023)
  • Author(s): Akari Maeda, Hiromi Matsuo, Norihito Nakamichi
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The temperature-dependent quantitative control of the clock proteins is associated with temperature compensation in Arabidopsis thaliana (2023)
  • Author(s): Akari Maeda, Hiromi Matsuo, Norihito Nakamichi
  • Organizer: 生物物理学会
  • Invited
• [Presentation] The molecular mechanism of temperature compensation in Arabidopsis (2023)
  • Author(s): Akari Maeda, Hiromi Matsuo, Yoshikatsu Matsubayashi, Toshinori Kinoshita, Norihito Nakamichi
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会年会
  • Invited
• [Presentation] Synthetic small molecules modulating plant circadian clock (2022)
  • Author(s): Norihito Nakamichi
  • Organizer: Society for Research on Biological Rhythms 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] PRR5とTOC1はシロイヌナズナ概日時計の温度補償性に関わる (2022)
  • Author(s): 前田明里、松尾宏美、松林嘉克、木下俊則、中道範人
  • Organizer: 第29回日本時間生物学会学術大会
• [Presentation] 植物時計のE3リガーゼZTLの解析 (2022)
  • Author(s): 谷川陽奈子、松尾宏美、前田明里、中道範人
  • Organizer: 第29回日本時間生物学会学術大会
• [Presentation] Analysis of plant clock transcription factor PRR7 (2022)
  • Author(s): 山中佐和子、松尾宏美、中道範人
  • Organizer: 第29回日本時間生物学会学術大会