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植物の栄養飢餓とオートファジー

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes
Project/Area Number 23119503
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 InstitutionTohoku University

Principal Investigator

石田 宏幸  東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (60312625)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2011: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords栄養飢餓 / 老化 / 植物 / オートファジー / 葉緑体
Outline of Annual Research Achievements

本研究では真核生物に普遍的に備わる細胞自己分解システム「オートファジー」が、植物の栄養飢餓応答に果たす役割についてモデル植物であるシロイヌナズナを中心材料に分子レベルで明らかにすることを目的とした。本年度は特に以下の2項目について成果が得られた。
1)光合成制限環境下におけるエネルギー供給源としてのRCB/オートファジーの役割
葉や個体レベルでの栄養条件を様々な外的、内的条件で変化させ、それらが小胞RCB(Rubisco-containing body)の形成に及ぼす影響について調べた。その結果、RCBの形成は葉の炭水化物含量と特に密接に結びついていることが示された。そこで、炭素制限環境におけるRCB/オートファジーの役割について解析するため、オートファジーとスターチ代謝関連遺伝子の二重変異体の解析を進めた。スターチレス/オートファジー二重変異体では、短日条件において顕著な生育遅延が起き、生殖成長に至る前にほとんどの葉が枯死するというシビアな表現型が見られた。二重変異体では分岐鎖アミノ酸や芳香族アミノ酸含量が低下しており、これらアミノ酸の分解代謝に関わるIVDHやETF/ETFQO複合体のETFQOの遺伝子発現はスターチレス変異体や二重変異体で顕著に上昇していた。以上のことから、オートファジーが、炭素制限時にこれらアミノ酸分解代謝へのアミノ酸供給系として機能していることが示唆された。(Izumi et al., 2013, Plant Physiol.として発表 )。
2)葉の老化時のRubisco分解におけるRCB経路の貢献度の評価
RBCSと蛍光タンパク質(sGFP, mRFP)の融合タンパク質を発現する形質転換体を用いてRCB経路を定量評価する系を確立した。(Ono et al., 2013, Plant Cell Environ.として発表)。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Evidence for contribution of autophagy to Rubisco degradation during leaf senescence in Arabidopsis thaliana.2013

    • Author(s)
      Ono Y, Wada S, Izumi M, Makino A, Ishida H
    • Journal Title

      Plant, Cell and Environment

      Volume: (In press) Issue: 6 Pages: 1147-1159

    • DOI

      10.1111/pce.12049

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Autophagy contributes to nighttime energy availability for growth in Arabidopsis.2013

    • Author(s)
      Izumi M, Hidema J, Makino A, Ishida H
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 161 Issue: 4 Pages: 1682-1693

    • DOI

      10.1104/pp.113.215632

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RBCS1A and RBCS3B, two major members within the Arabidopsis RBCS multigene family, function toyield sufficient Rubisco content for leaf photosynthetic capacity2012

    • Author(s)
      Izumi M, Tsunoda H, Suzuki Y, Makino A, Ishida H
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany

      Volume: 63 Issue: 5 Pages: 2159-2170

    • DOI

      10.1093/jxb/err434

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The changes of leaf carbohydrate contents as a regulator of autophagic degradation of chloroplasts via Rubisco-containing bodies during leaf senescence2011

    • Author(s)
      Izumi, M., Ishida, H.
    • Journal Title

      Plant Signal Behav

      Volume: 6 Issue: 5 Pages: 685-687

    • DOI

      10.4161/psb.6.5.14949

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Autophagy contributes to Rubisco degradation during leaf senescence in Arabidopsis2013

    • Author(s)
      小野佑樹、和田慎也、泉正範、牧野周、石田宏幸
    • Organizer
      第54回日本植物生理学会
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山市)
    • Year and Date
      2013-03-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナのエネルギー利用におけるオートファジーの寄与について2013

    • Author(s)
      泉正範、日出間純、牧野周、石田宏幸
    • Organizer
      第54回日本植物生理学会
    • Place of Presentation
      岡山大学(岡山市)
    • Year and Date
      2013-03-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Autophagy of chloroplasts during leaf senescence2012

    • Author(s)
      Ishida H.
    • Organizer
      10th International Congress on Plant Molecular Biology
    • Place of Presentation
      済州島ICC(韓国)
    • Year and Date
      2012-10-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] シロイヌナズナ葉の栄養素リサイクルにおいてRCB/オートファジー系が担う役割の解析2012

    • Author(s)
      泉正範、日出間純、牧野周、石田宏幸
    • Organizer
      第58回日本土壌肥料学会
    • Place of Presentation
      鳥取大学(鳥取市)
    • Year and Date
      2012-09-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Rubisco分解におけるオートファジーの貢献度の評価2012

    • Author(s)
      小野佑樹、和田慎也、泉正範、牧野周、石田宏幸
    • Organizer
      第58回日本土壌肥料学会
    • Place of Presentation
      鳥取大学(鳥取市)
    • Year and Date
      2012-09-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナ葉の炭素制限環境におけるRCB/オートファジー系の生理的意義について2012

    • Author(s)
      泉正範, 牧野周, 石田宏幸
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Place of Presentation
      京都産業大学(京都市)
    • Year and Date
      2012-03-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 葉の老化と葉緑体のオートファジー2011

    • Author(s)
      石田宏幸, 吉本光希, 和田信也, 泉正範, 小野祐樹, 牧野周
    • Organizer
      日本植物細胞分子生物学会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡市)
    • Year and Date
      2011-09-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-04-06   Modified: 2018-03-28  

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