陸上植物における環境応答機構の普遍性と多様性

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 23120516
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 河内 孝之 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (40202056)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2012: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2011: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
• Keywords: 苔類ゼニゴケ / フィトクロム / フォトトロピン / 背腹性 / 青色光応答 / 陸上植物進化 / 光受容体 / 概日時計 / 環境応答

Outline of Annual Research Achievements

植物は陸上進出後にさまざまな環境適応能力を獲得し繁栄に至った。その過程で遺伝子の獲得や喪失を繰り返しているものの、基本的には祖先から継承し機能を多様化させてきた。植物の環境のセンシングとその信号伝達の本質を理解するためには、陸上植物進化の基部に位置するゼニゴケを材料に光応答機構を研究した。フィトクロムによる信号伝達：ゼニゴケフィトクロム（Mpphy）は光によって核内に局在し、遺伝子発現制御を介して機能する。下流の光信号伝達因子として転写因子PIFファミリーおよびHY5ファミリーがそれぞれ1分子種のみ存在し、主に光形態形成をPIFが抑制し、HY5が促進するという基本的な図式がコケ植物において成立していたことがわかった。フォトトロピンを介する細胞応答：ゼニゴケの光量依存的な集合反応と逃避反応および暗黒定位をphotの遺伝子破壊株や変異体をコントロールとして観察した。また、フォトトロピンを大腸菌で発現させ、生化学的性質に、LOV1およびLOV2の光受容特性を解析し、全長photの光依存的な自己リン酸化活性を検出した。ゼニゴケの概日時計：ゼニゴケは概日時計の中心振動体としてTOC1, PRR, LHY/CCA1を１分子種ずつもち、複数のフィードバックループを構成する可能性があることを示した。また、GIは時計からの出力系と位置づけられ、光の情報を付与するFKFとともにCDFを制御することが示された。光と重力による無性芽背腹性決定：無性芽は完成した段階では両面から仮根を発生することができる（腹側的な組織）。吸水後、光および重力を信号として背腹性をもつ葉状体に変化する。この過程には、重力に優先して光（なかでも青色光）が関わること、始原細胞の成立が関与すること、オーキシンの極性輸送が関わることがわかった。

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。

Research Products

• [Journal Article] Homologous recombination-mediated gene targeting in the liverwort Marchantia polymorpha L. (2013)
  • Author(s): Ishizaki, K., et al.
  • Journal Title: Sci. Rep Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1532-1532
  • DOI: 10.1038/srep05132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient <i>Agrobacterium</i>-Mediated Transformation of the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> Using Regenerating Thalli (2013)
  • Author(s): Kubota, A., Ishizaki, K., Hosaka, M., Kohchi T.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 77 Issue: 1 Pages: 167-172
  • DOI: 10.1271/bbb.120700
  • NAID: 10031164707
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cold-induced organelle relocation in the liverwort Marchantia polymorpha L. (2013)
  • Author(s): Ogasawara Y, Ishizaki K, Kohchi T & Kodama Y
  • Journal Title: Plant, Cell & Environment Volume: 印刷中 Issue: 8 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1111/pce.12085
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The phytochrome-interacting VASCULAR PLANT ONE-ZINC FINGER1 and VOZ2 redundantly regulate flowering in Arabidopsis (2013)
  • Author(s): Yasui, Y. et al.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 24 Pages: 3248-3268
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of auxin-mediated transcriptional activation using a common auxin-responsive reporter system in the liverwort Marchantia polymorpha (2012)
  • Author(s): Ishizaki K., Nonomura M., Kato H., Yamato K.T., Kohchi T.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 125 Issue: 5 Pages: 826-834
  • DOI: 10.1007/s10265-012-0477-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ゼニゴケの赤色光によるサイクリンD遺伝子発現制御機構 (2013)
  • Author(s): 西浜竜一、真鍋諒、中村衣里、井上佳祐、石崎公庸、河内孝之
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] 基部陸上植物ゼニゴケにおける概日時計の分子ネットワーク (2013)
  • Author(s): 久保田茜、喜多祥吾、村中智明、石崎公庸、大和勝幸、青木摂之、小山時隆、河内孝之
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] ゼニゴケで探るコケ植物の光応答と発生制御 (2012)
  • Author(s): 石崎公庸、河内孝之
  • Organizer: 日本植物学会第76回大会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学（姫路市）
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Presentation] 青色光受容体フォトトロピンは苔類ゼニゴケの葉状体背腹性決定を制御する (2012)
  • Author(s): 芦原悠紀子、小松愛乃、石崎公庸、西浜竜一、河内孝之
  • Organizer: 日本農芸化学会2012年度大会
  • Place of Presentation: 京都女子大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 苔類ゼニゴケを用いた基部陸上植物概日時計因子の解析 (2012)
  • Author(s): 久保田茜、喜多祥吾、久保田佐綾、村中智明、石崎公庸、大和勝幸、青木摂之、小山時隆、河内孝之
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 苔類ゼニゴケにおけるフォトトロピシ機能欠損変異体の単離と解析 (2012)
  • Author(s): 小松愛乃、芦原悠紀子、坪井秀憲、末次憲之、石崎公庸、和田正三、河内孝之
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 苔類ゼニゴケは転写因子PIFを介する赤色光シグナル伝達機構をもつ (2012)
  • Author(s): 井上佳祐、石崎公庸、岡義人、河内孝之
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 基部陸上植物ゼニゴケにおける概日時計関連因子の比較ゲノム解析 (2011)
  • Author(s): 久保田茜、喜多祥吾、久保田佐綾、村中智明、石崎公庸、大和勝幸、青木摂之、小山時隆、河内孝之
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館(京都府)
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 基部陸上植物の光応答戦略-フィトクロムを介した光形態形成の分子機構- (2011)
  • Author(s): 石崎公庸、井上佳祐、保坂将志、片岡秀夫、大和勝幸、河内孝之
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Photoreceptors and light signaling in the liverwort Marchantia polymorpha (2011)
  • Author(s): Kohchi, T., Ishizaki, K
  • Organizer: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-31
• [Presentation] Identification of circadian clock components in basal land plant, Marchantia polymorpha (2011)
  • Author(s): Kubota, A., Kita, S., Kubota, S., Muranaka, T., Ishizakim K., Yamato, K.T., Aoki, S., Oyama, T., Kochi, T.
  • Organizer: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良県)
  • Year and Date: 2011-07-31
• [Presentation] Blue-light responses and analysis of the phototropin gene in the liverwort, Marchantia polymorpha L. (2011)
  • Author(s): Komatsu, A., Ashihara, Y., Kubota, A., Tsuboi, H., Suetsugu, N., Ishizaki, K., Yamato, K.T., Wada, M., Kohchi, T.
  • Organizer: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良県)
  • Year and Date: 2011-07-31
• [Presentation] Phytochrome-mediated red light response in Marchantia polymorpha L. (2011)
  • Author(s): Inoue, K., Ishizaki, K., Hosaka, M., Kataoka, H., Yamato, K.T., Kohchi, T.
  • Organizer: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良県)
  • Year and Date: 2011-07-31